CN109195066B - 一种超低频弯曲圆盘换能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低频弯曲圆盘换能器，涉及水声换能器技术领域；包括：压电陶瓷圆片1、第一金属圆盘2a、第二金属圆盘2b、电缆线孔3、导线孔4、卡槽5、柱型凹槽6、螺纹孔7、金属背板8、第三金属圆盘9a与第四金属圆盘9b；第一金属圆盘2a与第二金属圆盘2b圆盘通过卡槽5配合保证同轴度，然后通过粘接形成换能器外壳，压电陶瓷圆片1通过柱型凹槽6实现镶嵌粘接；然后分别焊接导线，穿过导线孔4与电缆连接在一起；压电陶瓷圆片1通过螺纹孔7固定一个电极片，然后焊线连接电缆；电缆通过电缆线孔3引出。本发明通过多个小尺寸压电陶瓷圆片替代大尺寸压电陶瓷圆片克服了传统换能器体积大的缺点。

Description

一种超低频弯曲圆盘换能器

技术领域

本发明涉及水声换能器技术领域，具体涉及一种超低频弯曲圆盘换能器。

背景技术

声波是人类迄今为止已知的唯一能在海水中远距离传播的能量载体。作为能够发射声波的水声换能器，无论是在民用领域，如海洋地质地貌探测、海底资源开发等，还是在军事领域，如潜艇探测、水声通信等，都具有十分重要的应用价值。

超低频声源是指发射低于100Hz声波的声源，应用于海洋声层析、对潜通讯、反水雷战等领域，代表性的超低频声源有电动势换能器、电磁式换能器、亥姆赫兹换能器等，但是都具有体积大的特点。

弯曲圆盘换能器能够在小尺寸下产生低频声波，具有低频、小尺寸、结构简单等特点，在航空吊放声纳、声纳浮标中得到使用。但是弯曲圆盘换能器的设计是有下限频率的，想要获得更低的谐振频率有两种方法：1、金属圆盘和压电陶瓷作薄，会带来降低工作深度和工作电压的问题；2、金属圆盘和压电陶瓷作大，但是目前压电陶瓷的制作工艺实现不了超低频弯曲圆盘换能器的需求。

综上所述，需要一种超低频弯曲圆盘换能器，以解决传统超低频换能器体积大的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低频弯曲圆盘换能器，在保持弯曲圆盘能够以小体积实现低频发射的基础上，实现较大功率超低频发射。

一种超低频弯曲圆盘换能器，其特征在于，包括：压电陶瓷圆片1、第一金属圆盘2a、第二金属圆盘2b、电缆线孔3、导线孔4、卡槽5、柱型凹槽6、螺纹孔7、金属背板8、第三金属圆盘9a与第四金属圆盘9b；所述的第一金属圆盘2a与第二金属圆盘2b圆盘截面呈现为U型，外表面进行磨砂处理，通过卡槽5配合保证同轴度，然后通过粘接形成换能器外壳，第一金属圆盘2a与第二金属圆盘2b内外表面都有柱型凹槽6，用于粘接压电陶瓷圆片1，实现镶嵌粘接结构，构成类似于“三叠片”；然后对粘接完成的第一金属圆盘2a与第二金属圆盘2b分别焊接导线，作为正极；导线穿过导线孔4最终与电缆连接在一起；通过螺纹孔7固定一个电极片，焊线作为负极，同样连接电缆；最终电缆通过电缆线孔3引出。

所述换能器外壳也可通过第二金属圆盘2b与金属背板8或第三金属圆盘9a与第四金属圆盘9b或第四金属圆盘9b与金属背板8粘接而形成。

所述金属背板8采用铝合金或钢材质，其一侧边缘位置有卡槽5，与第二金属圆盘2b或第四金属圆盘9b的卡槽相配合，保证同轴度。

所述压电陶瓷圆片1数量不固定，大小不一致；压电陶瓷圆片并联粘接在单个金属圆盘的柱型凹槽中，实现镶嵌粘接结构，粘接时极化方向一致，然后将两个金属圆盘的电连接并联。

本发明的有益效果在于：

本发明克服了传统的超低频换能器如：电动势换能器、电磁式换能器、亥姆赫兹换能器等换能器体积大的缺点，以小尺寸的弯曲圆盘换能器实现较大功率超低频发射。

本发明克服了压电陶瓷制作工艺无法制作大尺寸陶瓷的缺点，以多个小尺寸压电陶瓷圆片替代大尺寸压电陶瓷圆片，实现弯曲圆盘换能器的较大功率超低频发射。

附图说明

图1是本发明换能器结构的示意图；

图2是本发明第一金属圆盘2a与第二金属圆盘2b横截面粘贴示意图；

图3是图1中所示第一金属圆盘2a的结构示意图；

图4是图1中所示第二金属圆盘2b的结构示意图；

图5是本发明第二金属圆盘2b与金属背板8粘贴横截面示意图；

图6是本发明第三金属圆盘9a与第四金属圆盘9b粘接横截面示意图；

图7是本发明第四金属圆盘9b与金属背板8粘接横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

附图中所示各个符号的含义为：1-压电陶瓷圆片、2a-第一金属圆盘、2b-第二金属圆盘、3-电缆线孔、4-导线孔、5-卡槽、6-柱型凹槽、7-螺纹孔、8-金属背板、9a-第三金属圆盘、9b-第四金属圆盘。

实施例1：

本发明提供的一种超低频弯曲圆盘换能器，包括金属圆盘和压电陶瓷圆片。该发明的特点在于金属圆盘外表面具有一些柱型凹槽，用于粘接压电陶瓷圆片，实现镶嵌粘接结构，构成类似“双叠片”的结构，两个金属圆盘粘接在一起构成换能器的整体结构，两个“双叠片”同时发生弯曲振动从而实现声辐射。

本发明还可以包括：

所述的一种超低频弯曲圆盘换能器由一个金属圆盘和金属背板粘接而成，金属圆盘外表面的柱型凹槽中粘接压电陶瓷圆片，实现镶嵌粘接结构。

所述的一种超低频弯曲圆盘换能器由两个金属圆盘粘接而成，其中金属圆盘内外表面都有柱型凹槽，用于粘接压电陶瓷圆片，实现镶嵌粘接结构，构成类似于“三叠片”的结构，两个“三叠片”同时发生弯曲振动从而实现声辐射。

所述的超低弯曲圆盘换能器由一个金属圆盘和金属背板粘接而成，其中金属圆盘内外表面都有柱型凹槽，用于粘接压电陶瓷圆片，实现镶嵌粘接结构。

上述方案中，所述的金属圆盘截面呈现为U型，两个金属圆盘的U口粘接可以形成带空腔的金属圆盘。

上述方案中，所述的金属圆盘截面呈现为U型，金属圆盘与金属背板粘接可以形成带空腔的金属圆盘。

上述方案中，所述的压电陶瓷圆片数量可以不固定，大小不一致。

上述方案中，所述的压电陶瓷圆片粘接在金属圆盘的柱型凹槽中，实现镶嵌粘接结构。

上述方案中，所述的压电陶瓷圆片在单个金属圆盘上是并联连接的。

上述方案中，所述的一种超低频弯曲圆盘换能器的整体电连接是并联的。

实施例2

如图2所示的第一金属圆盘2a、第二金属圆盘2b、第三金属圆盘9a和第四金属圆盘9b采用铝合金材质，横截面为U型，带有电缆线孔3、导线孔4、卡槽5、螺纹孔7。

如图3与图4所示的第一金属圆盘2a和第二金属圆盘2b的外表面有柱型凹槽6，用于粘接压电陶瓷圆片1；第三金属圆盘9a和第四金属圆盘9b的内外表面都有柱型凹槽6，用于粘接压电陶瓷圆片1。

如图5所示的金属背板8采用铝合金或者钢都是可行的，采用铝合金时相比采用钢较厚。

一种超低频弯曲圆盘换能器实现的基本步骤为：

1、对压电陶瓷圆片1进行处理，主要是去除表面氧化物和陶瓷边缘的银层。

2、将第一金属圆盘2a与第二金属圆盘2b的外表面进行磨砂处理，尤其是卡槽5和柱型凹槽6，将处理好的压电陶瓷圆片1用环氧镶嵌粘接到柱型凹槽6中。需要注意的是第一金属圆盘2a与第二金属圆盘2b上粘接的所有压电陶瓷圆片1的极化方向需一致。

3、对粘接完成的第一金属圆盘2a和第二金属圆盘2b分别焊接导线，作为正极。导线穿过导线孔4最终与电缆连接在一起。通过螺纹孔7固定一个电极片，焊线作为负极，同样连接电缆。最终电缆通过电缆线孔3引出。

4、将第一金属圆盘2a和第二金属圆盘2b用环氧粘接，通过卡槽5保证同轴度。在保证同轴的条件下用环氧粘接金属圆盘，固化过程中对第一金属圆盘2a和第二金属圆盘2b的表面施加静压力，以保证粘接强度。

5、对粘接完成的换能器进行水密处理。

换能器在水中工作时，对压电陶瓷圆片1施加交变电场，在交变电场的激励下，压电陶瓷圆片1与金属圆盘共同作用发生弯曲往复振动；当交变信号频率达到弯曲振动谐振频率时，水中的频响曲线出现最大值。

同时，由于换能器圆盘具有上下两个辐射面结构形式，且换能器的最大线性尺寸远小于波长，因此实现了换能器全空间辐射特性。

同时，由于多个小尺寸压电陶瓷圆片替代大尺寸压电陶瓷圆片，采用镶嵌粘接结构，因此可以实现制作大尺寸的弯曲圆盘换能器，最终实现弯曲圆盘换能器的超低频发射。

实施例3

本实施例如图5所示，其制作步骤与实施例12基本相同。

本实施例与实施例2不同点在于将第一金属圆盘2a换成了金属背板8，减少了压电陶瓷圆片1的数量。

换能器在水中工作时，对压电陶瓷圆片1施加交变电场，在交变电场的激励下，由于金属背板8的质量较大，相当于固定，压电陶瓷圆片1与第二金属圆盘2b共同作用发生弯曲往复振动；当交变信号频率达到弯曲振动谐振频率时，水中的频响曲线出现最大值。

同时，由于换能器的最大线性尺寸远小于波长，同样实现了换能器全空间辐射特性，相比于实施例1功率较小。

同时，由于多个小型压电陶瓷圆片替代大型压电陶瓷圆片，采用镶嵌粘接结构，同样实现了弯曲圆盘换能器的超低频发射。

实施例4

本实施例如图6所示，其制作步骤和辐射机理与实施例2基本相同。

本实施例与实施例2不同点在于将第一金属圆盘2a和第二金属圆盘2b换成了第三金属圆盘9a和第四金属圆盘9b。相比于第一金属圆盘2a和第二金属圆盘2b，第三金属圆盘9a和第四金属圆盘9b内外表面都有柱型凹槽6，从而可以粘接更多的压电陶瓷圆片1，增加了有源材料的体积具有更大的功率。

实施例5

本实施例如图7所示，其制作步骤与实施例4基本相同。

本实施例与实施例4不同点在于将第三金属圆盘9a换成了金属背板8，减少了压电陶瓷圆片1的数量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超低频弯曲圆盘换能器，其特征在于，包括：压电陶瓷圆片(1)、第一金属圆盘(2a)、第二金属圆盘(2b)或第三金属圆盘(9a)、第四金属圆盘(9b)、电缆线孔(3)、导线孔(4)、卡槽(5)、柱型凹槽(6)、螺纹孔(7)、金属背板(8)；所述的第一金属圆盘(2a)与第二金属圆盘(2b)圆盘截面呈现为U型，外表面进行磨砂处理，所述金属背板(8)的一侧边缘位置上设置有所述卡槽(5)，通过卡槽(5)配合保证同轴度，然后通过粘接形成换能器外壳，第一金属圆盘(2a)与第二金属圆盘(2b)内外表面都有柱型凹槽(6)，用于粘接压电陶瓷圆片(1)，实现镶嵌粘接结构，构成“三叠片”；然后对粘接完成的第一金属圆盘(2a)与第二金属圆盘(2b)分别焊接导线，作为正极；导线穿过导线孔(4)最终与电缆连接在一起；通过螺纹孔(7)固定一个电极片，焊线作为负极，同样连接电缆；最终电缆通过电缆线孔(3)引出；所述换能器外壳也可通过第二金属圆盘(2b)与金属背板(8)或第三金属圆盘(9a)与第四金属圆盘(9b)或第四金属圆盘(9b)与金属背板(8)粘接而形成；压电陶瓷圆片并联粘接在单个金属圆盘的柱型凹槽中，实现镶嵌粘接结构，粘接时极化方向一致，然后将两个金属圆盘的电连接并联。

2.根据权利要求1所述的一种超低频弯曲圆盘换能器，其特征在于，所述金属背板(8)采用铝合金或钢材质，其一侧边缘位置有卡槽(5)，与第二金属圆盘(2b)或第四金属圆盘(9b)的卡槽相配合，保证同轴度。

3.根据权利要求1所述的一种超低频弯曲圆盘换能器，其特征在于，所述压电陶瓷圆片(1)数量不固定，大小不一致。

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