CN114029220A - 具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器及装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器及装配方法，换能器包括周期性结构壳体、左、右压电陶瓷振子、前、后预应力螺杆、左、右过渡块和左右侧面夹板，两侧面夹板和两预应力螺杆围成框型结构，周期性结构壳体设置在框型结构内部中心处，周期性结构壳体左右两侧各通过一过渡块与相应侧的压电陶瓷振子相抵，两个压电陶瓷振子分别抵在相应侧的侧面夹板上；周期性结构壳体为拉伸体结构，周期性结构壳体的周期性结构为由基本周期单元按照相同的排列方式在横向方向和纵向方向上堆积而成的结构，基本周期单元为正弦孔型结构。本发明满足水中小目标平台领域对小尺寸、轻重量、低频发射换能器的迫切需求，具有良好的发展前景。
Description
技术领域
本发明属于水声换能器领域，尤其是涉及一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器及装配方法。
背景技术
弯张换能器全称为弯曲伸张换能器，以其小体积、工作频率低、功率重量比高等性能特点倍受各国学者研究关注，在水声领域广泛应用。针对当前换能器在不同实际应用中的需求，较多学者在弯张换能器基础模型上进行了改进，进一步实现弯张换能器新的性能或提高原有性能。但是针对近年来水中小目标平台等对小尺寸、低频发射换能器的迫切需求，弯张换能器较为单一的结构，不能满足小目标平台的需求。而周期性结构的研究已经多种多样，无论是结构形状还是力学性能理论研究都有了较大的发展，因此，在航空航天、汽车、船舶等领域的应用越来越多。但目前，周期性结构尚未在换能器中得到很好的应用，因此有必要设计一种全新的具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器来满足小目标平台的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器及装配方法，在弯张换能器的结构的基础上，将周期性结构和换能器结合起来，通过在不同空间维度的组合拓展，可以得到低频、可调尺寸等特性，进而得到小尺寸、轻重量的低频发射换能器，这种换能器兼具振幅放大作用和结构灵活的特点，可以满足近年来水中小目标平台等领域对小尺寸、轻重量、低频发射换能器的迫切需求，具有良好的发展前景。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器，包括周期性结构壳体、左压电陶瓷振子、右压电陶瓷振子、前预应力螺杆、后预应力螺杆、左过渡块、右过渡块、左侧面夹板和右侧面夹板，所述的左侧面夹板和右侧面夹板平行等高布置，所述的左侧面夹板和右侧面夹板之间通过前预应力螺杆和后预应力螺杆连接，所述的前预应力螺杆和后预应力螺杆平行等高布置，左侧面夹板、右侧面夹板、前预应力螺杆和后预应力螺杆围成框型结构，所述的周期性结构壳体设置在框型结构内部中心处，且周期性结构壳体左侧通过左过渡块与左压电陶瓷振子的右端相抵，右侧通过右过渡块与右压电陶瓷振子的左端相抵，左压电陶瓷振子的左端抵在左侧面夹板的右端面上，右压电陶瓷振子的左端抵在右侧面夹板的左端面上；
所述周期性结构壳体为拉伸体结构，周期性结构壳体的周期性结构为由基本周期单元按照相同的排列方式在横向方向和纵向方向上堆积而成的结构，所述的基本周期单元为正弦孔型结构，所述的周期性结构包括M*N个基本周期单元。
进一步的，压电陶瓷振子由若干片压电陶瓷片与铜电极片粘接而成，相邻两片压电陶瓷片之间设置铜电极片。
进一步的，所述压电陶瓷片沿厚度极化，且每相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反。
进一步的，压电陶瓷片在电路上采用并联结构。
进一步的，在左侧面夹板的右端面上与左压电陶瓷振子相抵处及在右侧面夹板的左端面与右压电陶瓷振子相抵处分别设有一凸台。
进一步的，过渡块为长方体状，且尺寸与周期性结构壳体的端面相适应。
进一步的，所述周期性结构壳体为由铝合金材料经3D打印加工而成；侧面夹板是由不锈钢金属材料经加工而成；预应力螺杆是由不锈钢金属材料经加工而成；过渡块是由硬铝金属材料经加工而成。
一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器的装配方法，具体包括以下步骤：
步骤1、首先将左压电陶瓷振子和右压电陶瓷振子的铜电极片引出导线，采用焊接方式使导线与电极片连接；
步骤2、将后预应力螺杆和前预应力螺杆预装在右侧面夹板和左侧面夹板上形成一个未锁死的框型结构，然后将周期性结构壳体放置在框型结构中心处，在周期性结构壳体两侧分别安装左过渡块和右过渡块，在左过渡块和左侧面夹板之间安装左压电陶瓷振子，在右过渡块和右侧面夹板之间安装右压电陶瓷振子，通过垫片将右侧面夹板、左侧面夹板、右压电陶瓷堆、左压电陶瓷堆、周期性结构壳体、左过渡块和右过渡块垫高，使右侧面夹板、左侧面夹板、右压电陶瓷堆、左压电陶瓷堆、周期性结构壳体、左过渡块和右过渡块的几何中心在同一个高度上，然后在垂直于周期性结构壳体的拉伸方向设置辅助夹板，使右侧面夹板、左侧面夹板、右压电陶瓷堆、左压电陶瓷堆、周期性结构壳体、左过渡块和右过渡块的几何中心在壳体拉伸方向重合，至此完成所有零件的定位；
步骤3、施加外力将换能器整体结构沿长度方向压缩，使周期性结构壳体4向内压缩，用螺母将前预应力螺杆8、后预应力螺杆2和左侧面夹板1、右侧面夹板7锁紧，撤去垫块、辅助夹板和外力，使周期性结构壳体4收缩夹紧，至此完成换能器的装配。
相对于现有技术，本发明所述的一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器具有以下优势：
1、本申请将周期性结构引入到换能器的设计中来，周期性结构是指由基本周期单元按照相同的排列方式在单方向或多方向上堆积而成的结构；周期性结构最大的优点是其可设计性；设计者可以根据使用需求对微结构进行优化设计，设计参数包括微结构的构型和结构的孔隙率等与多周期性结构性能密切相关的参数；通过设计，可以获得具有多功能复合特性的周期性结构；将周期性结构和弯张换能器结合起来，通过对结构单元的空间模块化组合，可以得到低频、形状灵活体积可调等特性，进而得到小尺寸、轻重量的低频发射换能器；这种换能器兼具振幅放大作用和结构灵活的特点，可以满足近年来水中小目标平台等领域对小尺寸、轻重量、低频发射换能器的迫切需求，具有良好的发展前景。
2、本申请将周期性结构引入到换能器的设计中来，以具有振幅放大作用的结构作为最基本的子结构，在空间上进行不同方向上的拓展，形成一个具有放大作用的结构单元，进而形成由多个相同结构单元组成的具有周期性振幅放大结构的换能器。
3、本申请将这种具有周期性振幅放大作用的结构单元进行空间上的组合应用，可以更为灵活的实现换能器在低频小尺寸轻重量上的应用，提高换能器在小目标平台上的适应能力。同时，周期性结构带有振幅放大作用，具有实现换能器大功率发射的基础，最后获得低频大功率小尺寸的换能器设计。
4、通常，采用内部驱动的换能器，随着工作深度的增加，壳体收到压力而伸张使压电振子脱落，但是本申请设置的振子在壳体和夹板的两端之间，用于振子上的预应力会随着工作深度的增加而增大，这就在一定程度上增加了换能器的工作深度；同时，由于驱动振子在壳外，驱动振子的尺寸不受壳体限制，这就增加了有源驱动材料的体积，使换能器声发射能力大大加强。
5、通常，压电振子过热会导致压电材料退极化，影响压电材料的压电性能，而采用外部驱动，压电振子通过电绝缘材料与水接触，相当于对驱动振子进行水冷却，可以防止压电振子过热导，增加发射功率，外部驱动弯张换能器驱动振子的体积不受壳体内部空间的限制和在外部散热方便。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器的立体结构示意图；
图2为本发明实施例所述的一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器的主视图；
图3为本发明实施例所述的一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器的俯视图；
图4为本发明实施例所述的一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器的侧视图；
图5为周期性结构壳体的主视图。
附图标记说明：
1-左侧面夹板，2-后预应力螺杆，3-左过渡块，4-周期性结构壳体，5-右过渡块，6-右压电陶瓷振子，7-右侧面夹板，8-前预应力螺杆，9-左压电陶瓷振子，10-基本周期单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图5所示，一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器，包括周期性结构壳体4、左压电陶瓷振子9、右压电陶瓷振子6、前预应力螺杆8、后预应力螺杆2、左过渡块3、右过渡块5、左侧面夹板1和右侧面夹板7，所述的左侧面夹板1和右侧面夹板7平行等高布置，所述的左侧面夹板1和右侧面夹板7之间通过前预应力螺杆8和后预应力螺杆2连接，所述的前预应力螺杆8和后预应力螺杆2平行等高布置，左侧面夹板1、右侧面夹板7、前预应力螺杆8和后预应力螺杆2围成框型结构，所述的周期性结构壳体4设置在框型结构内部中心处，且周期性结构壳体4左侧通过左过渡块3与左压电陶瓷振子9的右端相抵，右侧通过右过渡块5与右压电陶瓷振子6的左端相抵，左压电陶瓷振子9的左端抵在左侧面夹板1的右端面上，右压电陶瓷振子6的左端抵在右侧面夹板7的左端面上；
所述周期性结构壳体4为拉伸体结构，周期性结构壳体4的周期性结构为由基本周期单元10按照相同的排列方式在横向方向和纵向方向上堆积而成的结构，所述的基本周期单元10为正弦孔型结构，所述的周期性结构包括M*N个基本周期单元10。
压电陶瓷振子由若干片压电陶瓷片与铜电极片粘接而成，相邻两片压电陶瓷片之间设置铜电极片，所述压电陶瓷片沿厚度极化，且每相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反，压电陶瓷片在电路上采用并联结构。
在左侧面夹板1的右端面上与左压电陶瓷振子9相抵处及在右侧面夹板7的左端面与右压电陶瓷振子6相抵处分别设有一凸台。
过渡块为长方体状，且尺寸与周期性结构壳体4的端面相适应。
周期性结构壳体4为由铝合金材料经3D打印加工而成；侧面夹板是由不锈钢金属材料经加工而成；预应力螺杆是由不锈钢金属材料经加工而成；过渡块是由硬铝金属材料经加工而成。
本申请的目的是为了设计一种满足小目标平台的需求的水声发射换能器。周期性结构是指由基本周期单元按照相同的排列方式在单方向或多方向上堆积而成的结构。周期性结构最大的优点是其可设计性。设计者可以根据使用需求对微结构进行优化设计，设计参数包括微结构的构型和结构的孔隙率等与多周期性结构性能密切相关的参数。通过设计，可以获得具有多功能复合特性的周期性结构。
周期性振幅放大结构的设计初衷是为了增加结构振动声辐射时的体积位移，从换能器振动角度，可以通过换能器的体积位移数值大小来衡量换能器的声辐射能力。换能器的发送电压响应值可以通过体积位移或体积速度计算得出，换能器的体积位移和体积速度可以定性衡量换能器的辐射能力，也可以为换能器的振动特性提供一些直观结果。周期性振幅放大结构的体积位移计算公式为：
其中Un为外辐射面纵向平均位移，H为壳体高度，即如图1中周期性结构壳体4的前端面和后端面之间的距离，也就是周期性壳体4的拉伸长度，壳体高度方向也就是周期性结构壳体4的拉伸方向。同一弧段位置，在壳体高度方向纵向振动位移基本相同，所以计算体积位移为纵向平均位移乘以辐射面积再乘以壳体高度。
周期性结构有两个重要参数——横向布置M个基本周期单元，纵向布置N个基本周期单元，如图5所示。这两个参数共同影响着体积位移的大小。横向布置的M个基本周期单元起到了增加辐射面积的作用，因为壳体高度是一定的，M越大，辐射面积也就越大，辐射能力也就越强。纵向布置的N个基本周期单元的作用是叠加辐射位移。在纵向方向上，许多个小基本周期单元结构相当于在短轴方向串联起来，每个小基本周期结构的振幅放大作用相当于得到叠加，整体结构的位移放大作用得到增强，声辐射能力增强。在M 和N两个参数的共同作用下，周期性结构在声辐射时能得到较大的体积位移。
本发明以具有振幅放大作用的结构作为最基本的子结构，在空间上进行不同方向上的拓展，形成一个具有振幅放大作用周期性结构。通过对基本子结构的设计，可以得到具有振幅放大作用的结构单元，通过对结构单元的空间模块化组合，可以得到低频、形状灵活体积可调等特性，进而得到小尺寸、轻重量的低频发射换能器。
一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器的装配方法，具体包括以下步骤：
步骤1、首先将左压电陶瓷振子9和右压电陶瓷振子的铜电极片引出导线，采用焊接方式使导线与电极片连接；
步骤2、将后预应力螺杆2和前预应力螺杆8预装在右侧面夹板7和左侧面夹板1 上形成一个未锁死的框型结构，然后将周期性结构壳体4放置在框型结构中心处，且周期型结构壳体4的正弦孔型结构朝向前后布置，在周期性结构壳体4两侧分别安装左过渡块3和右过渡块5，在左过渡块3和左侧面夹板1之间安装左压电陶瓷振子9，在右过渡块5和右侧面夹板7之间安装右压电陶瓷振子6，通过垫片将右侧面夹板7、左侧面夹板1、右压电陶瓷堆6、左压电陶瓷堆9、周期性结构壳体4、左过渡块3和右过渡块5 垫高，使右侧面夹板7、左侧面夹板1、右压电陶瓷堆6、左压电陶瓷堆9、周期性结构壳体4、左过渡块3和右过渡块5的几何中心在同一个高度上，然后在垂直于周期性结构壳体4拉伸方向设置辅助夹板，也就是在平行于周期性结构壳体4的前后端面方向设置辅助夹板，使右侧面夹板7、左侧面夹板1、右压电陶瓷堆6、左压电陶瓷堆9、周期性结构壳体4、左过渡块3和右过渡块5的几何中心在壳体拉伸方向重合，至此完成所有零件的定位，最终所有零件二维定位准确，保证零件的互相配合，拼接后形成长度方向上的机械串联形式；
步骤3、施加外力将换能器整体结构沿长度方向压缩，使周期性结构壳体4向内压缩，用螺母将前预应力螺杆8、后预应力螺杆2和左侧面夹板1、右侧面夹板7锁紧，撤去垫块、辅助夹板和外力，使周期性结构壳体4收缩夹紧，至此完成换能器的装配，最终结构如图5所示。
本申请的换能器的工作过程为：
本申请的换能器在水中工作时，对左压电陶瓷振子9和右压电陶瓷振子6施加交变电场，在交变电场的激励下，压电陶瓷振子产生厚度方向的往复振动，从而激励出周期性结构壳体4的弯曲拉伸振动，周期性结构壳体4兼有弯张换能器短轴方向振动位移放大、刚度低，周期性结构重量轻的特点，提高了换能器辐射面的振动位移，增加了声辐射时的体积位移，从而提高声辐射功率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)
1.一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器，其特征在于：包括周期性结构壳体(4)、左压电陶瓷振子(9)、右压电陶瓷振子(6)、前预应力螺杆(8)、后预应力螺杆(2)、左过渡块(3)、右过渡块(5)、左侧面夹板(1)和右侧面夹板(7)，所述的左侧面夹板(1)和右侧面夹板(7)平行等高布置，所述的左侧面夹板(1)和右侧面夹板(7)之间通过前预应力螺杆(8)和后预应力螺杆(2)连接，所述的前预应力螺杆(8)和后预应力螺杆(2)平行等高布置，左侧面夹板(1)、右侧面夹板(7)、前预应力螺杆(8)和后预应力螺杆(2)围成框型结构，所述的周期性结构壳体(4)设置在框型结构内部中心处，且周期性结构壳体(4)左侧通过左过渡块(3)与左压电陶瓷振子(9)的右端相抵，右侧通过右过渡块(5)与右压电陶瓷振子(6)的左端相抵，左压电陶瓷振子(9)的左端抵在左侧面夹板(1)的右端面上，右压电陶瓷振子(6)的左端抵在右侧面夹板(7)的左端面上；
所述周期性结构壳体(4)为拉伸体结构，周期性结构壳体(4)的周期性结构为由基本周期单元(10)按照相同的排列方式在横向方向和纵向方向上堆积而成的结构，所述的基本周期单元(10)为正弦孔型结构，所述的周期性结构包括M*N个基本周期单元(10)。
2.根据权利要求1所述的具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器，其特征在于：压电陶瓷振子由若干片压电陶瓷片与铜电极片粘接而成，相邻两片压电陶瓷片之间设置铜电极片。
3.根据权利要求2所述的具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器，其特征在于：所述压电陶瓷片沿厚度极化，且每相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反。
4.根据权利要求3所述的一种具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器，其特征在于：压电陶瓷片在电路上采用并联结构。
5.根据权利要求1所述的具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器，其特征在于：在左侧面夹板(1)的右端面上与左压电陶瓷振子(9)相抵处及在右侧面夹板(7)的左端面与右压电陶瓷振子(6)相抵处分别设有一凸台。
6.根据权利要求1所述的具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器，其特征在于：过渡块为长方体状，且尺寸与周期性结构壳体(4)的端面相适应。
7.根据权利要求1所述的具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器，其特征在于：所述周期性结构壳体(4)为由铝合金材料经3D打印加工而成；侧面夹板是由不锈钢金属材料经加工而成；预应力螺杆是由不锈钢金属材料经加工而成；过渡块是由硬铝金属材料经加工而成。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器的装配方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1、首先将左压电陶瓷振子(9)和右压电陶瓷振子(6)的铜电极片引出导线，采用焊接方式使导线与电极片连接；
步骤2、将后预应力螺杆(2)和前预应力螺杆(8)预装在右侧面夹板(7)和左侧面夹板(1)上形成一个未锁死的框型结构，然后将周期性结构壳体(4)放置在框型结构中心处，在周期性结构壳体(4)两侧分别安装左过渡块(3)和右过渡块(5)，在左过渡块(3)和左侧面夹板(1)之间安装左压电陶瓷振子(9)，在右过渡块(5)和右侧面夹板(7)之间安装右压电陶瓷振子(6)，通过垫片将右侧面夹板(7)、左侧面夹板(1)、右压电陶瓷堆(6)、左压电陶瓷堆(9)、周期性结构壳体(4)、左过渡块(3)和右过渡块(5)垫高，使右侧面夹板(7)、左侧面夹板(1)、右压电陶瓷堆(6)、左压电陶瓷堆(9)、周期性结构壳体(4)、左过渡块(3)和右过渡块(5)的几何中心在同一个高度上，然后在垂直于周期性结构壳体(4)拉伸方向设置辅助夹板，使右侧面夹板(7)、左侧面夹板(1)、右压电陶瓷堆(6)、左压电陶瓷堆(9)、周期性结构壳体(4)、左过渡块(3)和右过渡块(5)的几何中心在壳体拉伸方向重合，至此完成所有零件的定位；
步骤3、施加外力将换能器整体结构沿长度方向压缩，使周期性结构壳体(4)向内压缩，用螺母将前预应力螺杆(8)、后预应力螺杆(2)和左侧面夹板(1)、右侧面夹板(7)锁紧，撤去垫块、辅助夹板和外力，使周期性结构壳体(4)收缩夹紧，至此完成换能器的装配。
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2021
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4894811A (en) * | 1987-05-18 | 1990-01-16 | Raytheon Company | Outboard-driven flextensional transducer |
| CN105702244A (zh) * | 2014-11-28 | 2016-06-22 | 中国科学院声学研究所 | 一种嵌入式外部驱动iv型弯张换能器 |
| CN108435523A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-24 | 哈尔滨工程大学 | 水滴型弯张换能器 |
| CN108877756A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-11-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种弯张结构驱动的低频圆环换能器 |
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