CN115086831A - 基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法及系统，包括如下步骤：预装步骤：预装配水声纵向换能器；压力施加步骤：计算压力施加参数，并根据压力施加参数对预装配的水声纵向换能器施加压力。本发明引入力学控制环节，实现了水声纵向换能器上预应力的定量施加工作，通过引入电子万能试验机和固定夹具等工作设备，提高了水声纵向换能器的制作效率，并提升了水声纵向换能器的制作良品率。

Description

基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法及系统

技术领域

本发明涉及水声工程工艺技术及水声换能器设计与制造的技术领域，具体地，涉及一种基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法及系统。

背景技术

压电陶瓷材料具有较高的电声转换性能以及使用可靠性，被广泛应用于水声换能器领域，成为了多类水声换能器的主要压电元件。尤其在水声纵向换能器上，以压电陶瓷为压电元件，组成一个或多个压电陶瓷堆，通过压电陶瓷堆的振动带动金属结构体产生振动，进而透过水密层向水中辐射声能量，更是成为了水声纵向换能器的主要工作模式。

由于水声纵向换能器是利用压电陶瓷堆沿轴线方向的振动产生能量，因此，为了增加换能器各部件之间的连接强度，确保换能器具备良好的振动传递与声学辐射性能，通常会使用粘接剂对换能器的前后盖板，压电晶堆与金属电极片等组成结构进行胶合处理，提高换能器的整体抗拉能力。但是，在换能器电极间电压较大时，压电元件上的应力与振幅将会比较大，将可能超出压电陶瓷材料的抗拉能力，造成换能器损坏。在压电陶瓷上应力较大时，胶合层上也将出现较强的轴向拉伸状态，此时胶合层容易发生破裂，影响换能器正常工作，进而造成换能器损坏。

因此可以发现，在大电压条件下，简单的胶合处理已无法满足水声纵向换能器设计与制作的需要。针对这一情况，就需要采用技术手段对压电陶瓷与胶合层施加预应力，从而满足水声纵向换能器大电压发射的需要。

在常规的水声纵向换能器设计与制作过程中，预应力的施加通常是简单地使用力矩扳手旋紧固定螺杆完成的。即简易固定水声纵向换能器各组成部件，使用力矩扳手紧固预应力螺杆，从而完成水声纵向换能器上的预应力施加工作。这种方法被称为力矩扳手紧固螺栓法，可以对水声纵向换能器施加一定预应力，得到了多家研究所与学校的采用。

公开号为CN108243367A的中国发明专利文献公开了一种水声学发射换能器及其制作方法，水声学发射换能器包括：透声主体、发射用压电元件、接收用压电元件、反声障板；发射用压电元件、接收用压电元件被设置于透声主体中；接收用压电元件被配置为接受发射用压电元件发出的水声信号。

针对上述中的相关技术，发明人认为传统的力矩扳手紧固螺栓法通常存在以下几个问题：1、缺少理论计算支撑：使用传统力矩扳手紧固螺栓法对水声纵向换能器施加预应力的工作往往缺少理论支撑，缺乏理论对应施加在换能器上的预应力大小进行计算，预应力的大小往往由工作人员临时决定，水声纵向换能器长期制作的一致性缺少理论计算支撑。2、预应力控制困难：在水声纵向换能器的预应力施加过程中，使用传统力矩扳手紧固螺栓法虽然可以对换能器施加一定的预应力，但无法定量控制施加在换能器上的预应力大小，无法做到预应力的精确施加与定量分析。3、换能器频率偏移：在水声纵向换能器的多项相关研究中已经发现，在使用传统力矩扳手紧固螺栓法对换能器施加预应力时，预应力难以保持统一，因此将在一定程度上造成换能器的频率特性产生偏移，影响水声纵向换能器大批量制作时的频率一致性。4、制作环节效率低：在力矩扳手紧固螺栓法的工艺过程中，需要严格根据换能器尺寸设计固定用夹具。此类机械夹具一般由多个模块拼装组成，模块的拆装操作较为繁琐，且机械夹具质量较大，单人很难进行操作，降低了预应力施加的工作效率。5.同轴性控制困难：力矩扳手紧固螺栓法对压电陶瓷堆和胶合层施加预应力是通过螺栓的旋转挤压实现的，这种间接方式将可能造成压电陶瓷堆或电极片位置产生偏离，进而破坏水声纵向换能器的同轴性，影响换能器振动特性。6、工艺流程清洁度低：力矩扳手紧固螺栓法操作过程中需要使用的工具较多，工具与换能器之间产生的表面接触也比较多，且力矩扳手紧固螺栓法的人工操作环节复杂，不易对换能器表面进行完善的清理，这些因素均对换能器表面的清洁度产生较大的影响，容易造成清洁度低的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法及系统。

根据本发明提供的一种基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，包括如下步骤：

预装步骤：预装配水声纵向换能器；

压力施加步骤：计算压力施加参数，并根据压力施加参数对预装配的水声纵向换能器施加压力。

优选的，所述预装步骤包括如下步骤：

胶合剂涂抹步骤：使用胶合剂在压电陶瓷片的电极面与电极片涂抹，将涂抹好胶合剂的压电陶瓷片与电极片静置备用；

预装配步骤：在水声纵向换能器装配固定装置上装配后盖板，将涂抹好胶合剂的压电陶瓷片与电极片装配在水声纵向换能器装配固定装置上，压电陶瓷片与电极片装配形成压电陶瓷堆，在压电陶瓷堆远离后盖板的一侧安装前盖板，并使用紧固螺栓连接后盖板、压电陶瓷堆和前盖板。

优选的，该制作方法还包括清洁步骤：使用清洁材料清洗制作水声纵向换能器所需的压电陶瓷片、电极片、前盖板和后盖板，并使用清洁溶液清洗前固夹具、中固夹具、后固夹具、水声纵向换能器装配固定装置和紧固螺栓。

优选的，该制作方法还包括中固步骤：在完成预装的压电陶瓷堆的周侧安装中固夹具，使用中固夹具对压电陶瓷堆、前盖板和后盖板进行同轴性校正。

优选的，该制作方法还包括如下步骤：

前固步骤：将前固夹具安装在试验机可调面上，将装配好的压电陶瓷堆倒置嵌入前固夹具；

后固步骤：将后固夹具安装在试验机不可调面上，调整试验机可调面，将装配好的压电陶瓷堆嵌入后固夹具。

优选的，该制作方法还包括设温步骤：设定试验机温度为预定温度。

优选的，所述压力施加步骤包括如下步骤：

最大应力计算步骤、依据压电陶瓷片，使用理论计算公式

对水声纵向换能器上的最大应力T进行计算；

其中，P为施加在换能器上的电功率；Q_m为换能器机械品质因数；ρ为压电陶瓷材料密度；C为换能器的静态电容；π表示圆周率；ω_r为换能器的谐振频率；b为压电陶瓷片的外半径；a为压电陶瓷片的内半径；h为压电陶瓷片的厚度；

压力施加参数计算施压步骤：依据公式

T＝T_y

与

T_m＝πT_y(b²-a²)

计算并设定试验机压力施加参数T_m，调整试验机可调面运动，对压电陶瓷堆施加预应力至指定参数；

其中，T_y为拟施加在水声纵向换能器上的预应力。

优选的，该制作方法还包括如下步骤：

消除松动步骤：在试验机可调面不再移动时，使用力矩扳手通过后固夹具上的预制结构旋紧紧固螺栓。

优选的，该制作方法还包括加热步骤：拆除水声纵向换能器上的后固夹具、前固夹具和中固夹具，将装配好的水声纵向换能器放入加热设备，加热水声纵向换能器，加速胶合层固化，直至胶合层完全固化后，关闭加热设备，完成制作。

根据本发明提供的一种基于力学控制环节的水声纵向换能器制作系统，包括如下模块：

预装模块：预装配水声纵向换能器；

压力施加模块：计算压力施加参数，并根据压力施加参数对预装配的水声纵向换能器施加压力。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明引入力学控制环节，实现了水声纵向换能器上预应力的定量施加工作，通过前、中、后固夹具的引入，提高了水声纵向换能器中压电陶瓷堆的同轴性，改善了施加在水声纵向换能器上预应力的均匀性，避免了压电陶瓷堆可能出现的偏移现象；

2、本发明引入力学控制环节，实现了水声纵向换能器上预应力的定量施加工作，通过电子万能试验机的引入，提高了施加在水声纵向换能器上预应力的一致性，进而改善了水声纵向换能器的频率一致性；

3、本发明引入力学控制环节，实现了水声纵向换能器上预应力的定量施加工作，通过引入电子万能试验机和固定夹具等工作设备，提高了水声纵向换能器的制作效率，并提升了水声纵向换能器的制作良品率；

4、本发明引入力学控制环节，实现了水声纵向换能器上预应力的定量施加工作，所引入的计算公式，技术手段，相关设备夹具等均具备较强的通用性，可适用于多尺寸，多材料的水声纵向换能器设计制作工作，本发明具备较强通用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的压电陶瓷片尺寸图；

图2是本发明的前固夹具结构示意图；

图3是本发明的中固夹具结构示意图；

图4是本发明的后固夹具结构示意图；

图5是本发明的电子万能试验机施加过程示意图；

图6是本发明的电子万能试验机施加过程中的面板控制显示图；

图7是使用本发明前的水声纵向换能器频率特性曲线图；

图8是使用本发明后的水声纵向换能器频率特性曲线图；

图9是本发明的实施流程方法图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例还公开了一种基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，如图1和图9所示，制作水声纵向换能器需要包括压电陶瓷片、电极片、前盖板、后盖板、清洁材料、清洁溶液、前固夹具、中固夹具、后固夹具、水声纵向换能器装配固定装置、紧固螺栓、胶合剂、电子万能试验机。

该制作包括如下步骤：

清洁步骤：使用清洁材料清洗制作水声纵向换能器所需的压电陶瓷片、电极片、前盖板和后盖板，并使用清洁溶液清洗前固夹具、中固夹具、后固夹具、水声纵向换能器装配固定装置和紧固螺栓。

具体为，使用清洁材料清洗制作水声纵向换能器所需的压电陶瓷片、电极片与前后盖板，并使用清洁溶液清洗前、中、后固夹具，水声纵向换能器装配固定装置和紧固螺栓。清洗压电陶瓷片、电极片与前后盖板时，所述的清洁材料包括但不限于清洁剂、去污粉、弱酸性溶液等。清洗前、中、后固夹具，水声纵向换能器装配固定装置和紧固螺栓时，所述的清洁溶液包括但不限于酒精，汽油，氯酸等溶液。

即使用弱酸性溶液清洗制作水声纵向换能器所需的压电陶瓷片与电极片，确保其表面不存在氧化层和杂质，避免影响所制作换能器的同轴性，并使用酒精溶液清洗前、中、后固夹具，水声纵向换能器装配固定装置和紧固螺栓，避免污物影响换能器制作工作。

预装步骤：预装配水声纵向换能器。

预装步骤包括如下步骤：

胶合剂涂抹步骤：使用胶合剂在压电陶瓷片的电极面与电极片涂抹，将涂抹好胶合剂的压电陶瓷片与电极片静置备用。

具体为，使用胶合剂在压电陶瓷的电极面与电极片均匀涂抹，将涂抹好胶合剂压电陶瓷片与电极片静置备用(静置于常温或较高温度环境备用)。此处静置备用目的为在陶瓷片与电极片表面形成稳定的，由胶合剂构成的薄膜，以提升后续粘接的强度与均匀性。胶合剂包括但不限于单组份环氧树脂胶，二组份环氧树脂胶，三组份环氧树脂胶等绝缘胶合剂。

预装配步骤：在水声纵向换能器装配固定装置上装配后盖板，将涂抹好胶合剂的压电陶瓷片与电极片装配在水声纵向换能器装配固定装置上，压电陶瓷片与电极片装配形成压电陶瓷堆，在压电陶瓷堆远离后盖板的一侧安装前盖板，并使用紧固螺栓连接后盖板、压电陶瓷堆和前盖板。

具体为，在水声纵向换能器装配固定装置上装配陶瓷堆的后盖板，将涂抹好胶合剂压电陶瓷片与电极片依序装配在固定装置上，完成压电陶瓷片与电极片的装配后，安装陶瓷堆的前盖板，布置并轻微旋转水声纵向换能器的紧固螺栓。压电陶瓷片与电极片为一次安装，顺序为后盖板-压电陶瓷-电极片-压电陶瓷-电极片-······--电极片-压电陶瓷-前盖板；安装时，压电陶瓷片数量为2的倍数，即2n，电极片数量为2n-1。固定装置上具有对前盖板、陶瓷片、电极片、后盖板进行限位的装置。此时紧固螺栓对压电陶瓷堆有一定，但较小的锁紧力。压电陶瓷片和电极片装配形成压电陶瓷堆。固定装置可以为金属固定基座或金属固定杆。

即在水声纵向换能器装配固定装置上装配后盖板，在后盖板上安装压片陶瓷片，压片陶瓷片的电极面和电极片通过胶合剂依次连接，在远离后盖板的压片陶瓷片上安装前盖板，紧固螺栓穿过后盖板、压电陶瓷片、电极片，将后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板连接在一起。

中固步骤：在完成预装的压电陶瓷堆的周侧安装中固夹具，使用中固夹具对压电陶瓷堆、前盖板和后盖板进行同轴性校正。

具体为，在完成预装的压电陶瓷堆周侧安装如图3所示的中固夹具，使用中固夹具对压电陶瓷堆与换能器上后盖板进行同轴性校正；同轴性校正可以由压电陶瓷堆外表面平整化处理替代。压电陶瓷堆为圆柱形，外表面即为压电陶瓷堆的圆柱面。

前固步骤：将前固夹具安装在试验机可调面上，将装配好的压电陶瓷堆倒置嵌入前固夹具。

具体为，将如图2所示的前固夹具安装在电子万能试验机可调面的中心位置，保持前固夹具下表面水平(下表面为和电子万能试验机可调面接触的面)，将装配好的压电陶瓷堆倒置嵌入前固夹具(即将前盖板倒置嵌入前固夹具)；电子万能试验机可调面的中心位置可以为可调面的应力均衡位置或几何中心位置。

后固步骤：将后固夹具安装在试验机不可调面上，调整试验机可调面，将装配好的压电陶瓷堆嵌入后固夹具。

具体为，将如图4所示的后固夹具安装在电子万能试验机不可调面的中心位置，保持后固夹具上表面水平(上表面为和电子万能试验机不可调面接触的面)，调整电子万能试验机可调面，将装配好的压电陶瓷堆嵌入后固夹具(即为后盖板嵌入后固夹具)；电子万能试验机不可调面的中心位置可以为不可调面的应力均衡位置或几何中心位置。

前固夹具、中固夹具、后固夹具均为装配特定尺寸换能器的配套结构件，为特定配套制作的，结构如图2至图4所示；三种夹具在尺寸结构相同或相近的换能器生产中可通用。

设温步骤：设定试验机温度为预定温度。

具体为，设定电子万能试验机温度略高于室温但低于胶合剂固化温度(设定电子万能试验机温度为40℃-60℃)，提高水声纵向换能器上胶合剂流动性与均匀性；设定电子万能试验机温度可以为高温烘箱加热和热风枪加热替代。

压力施加步骤：计算压力施加参数，并根据压力施加参数对预装配的水声纵向换能器施加压力。

压力施加步骤包括如下步骤：

最大应力计算步骤：依据压电陶瓷片，使用理论计算公式

对水声纵向换能器上的最大应力T进行计算。

其中，P为施加在换能器上的电功率；Q_m为换能器机械品质因数；ρ为压电陶瓷材料密度；C为换能器的静态电容；π表示圆周率；ω_r为换能器的谐振频率；b为压电陶瓷片的外半径；a为压电陶瓷片的内半径；h为压电陶瓷片的厚度。

具体为，依据图1所给出的压电陶瓷片尺寸，使用理论计算公式

对一定功率条件下水声纵向换能器上的最大应力进行计算，得到最大应力T。

即计算水声纵向换能器在一定电功率条件下的最大压电应力T，即

式中，P为施加在换能器上的电功率，Q_m为换能器机械品质因数，ρ为压电陶瓷材料密度，C为换能器的静态电容，π表示圆周率；ω_r为换能器的谐振频率，b为压电陶瓷片的外半径，a为压电陶瓷片的内半径，h为压电陶瓷片的厚度。

压力施加参数计算施压步骤：依据公式

T＝T_y

与

T_m＝πT_y(b²-a²)

计算并设定试验机压力施加参数T_m，调整试验机可调面运动，对压电陶瓷堆施加预应力至指定参数；其中，Ty为拟施加在水声纵向换能器上的预应力。

具体为，依据公式

T＝T_y

与

T_m＝πT_y(b²-a²)

计算并设定电子万能试验机压力施加参数T_m，设定如图6所示的电子万能试验机压力施加参数，如图5所示的调整电子万能试验机可调面至低速运动，缓慢对压电陶瓷堆施加预应力至指定参数(参数为压力施加参数T_m)。

即由于预应力的作用是防止水声纵向换能器工作过程中的最大压电应力T对换能器造成破坏，因此，应对水声纵向换能器施加预应力T_y来抵消最大压电应力T的影响，即

T＝T_y。

结合水声纵向换能器的压电陶瓷尺寸，计算压力施加参数T_m，存在

T_m＝πT_y(b²-a²)

以此为根据设定电子万能试验机的压力施加参数T_m。

调整电子万能试验机可调面至低速运动可以为调整电子万能试验机可调面定量匀速运动。

所述的计算公式

T＝T_y

T_m＝πT_y(b²-a²)

可以为理论推导，仿真分析和经验计算所替代。

消除松动步骤：在试验机可调面不再移动时，使用力矩扳手通过如图4所示的后固夹具上的预制结构旋紧紧固螺栓，消除压电陶瓷堆上的松动情况。所述的后固夹具上的预制结构包括但不限于限制定位槽、长方体预制槽、预制孔径等预制结构。

加热步骤：拆除水声纵向换能器上的后固夹具、前固夹具和中固夹具，将装配好的水声纵向换能器放入加热设备，加热水声纵向换能器，加速胶合层固化，直至胶合层完全固化后，关闭加热设备，完成制作。

具体为，依次拆除压电元件上的后、前、中固夹具，将装配好的压电元件放入加热设备，加热压电元件(压电元件为水声纵向换能器)，加速胶合层固化，直至胶合层完全固化后，关闭设备，完成制作。加热设备包括但不限于高温烘箱、高温干燥箱、控温型电子实验机等温度可调式加热设备。胶合剂高温固化法可以由胶合剂特性而改变为常温静置固化法等固化方法。

即依次拆除压电元件上的后、前、中固夹具，将装配好的压电元件放入加热设备，加热压电元件，加速胶合层固化，直至胶合层完全固化后，测试水声纵向换能器频率特性，未采用本发明制作的水声纵向换能器的频率特性如图7所示，采用本发明制作的水声纵向换能器的频率特性如图8所示。可以发现，采用本发明制作的水声纵向换能器的频率一致性更高，说明施加在换能器上的预应力更加一致，证明本发明是行之有效的。

本发明实施例还公开了一种基于力学控制环节的水声纵向换能器制作系统，如图1和图9所示，包括如下模块：

预装模块：预装配水声纵向换能器。

压力施加模块：计算压力施加参数，并根据压力施加参数对预装配的水声纵向换能器施加压力。

本发明为了克服现有水声纵向换能器预应力施加过程中力矩扳手紧固螺栓法的局限性，解决现有技术存在的工作效率低，性能影响大等问题，本发明可以提高水声纵向换能器的频率一致性，提高换能器制造质量简化换能器的制作步骤，提高换能器生产效率，达到工艺技术可控、可操作性增强、工程实用价值提高等效果。

本发明首先，可以对水声纵向换能器预应力施加过程进行定量力学控制，提升换能器的频率一致性与同轴性；然后，力学控制环节的引入可以简化预应力施加过程与相关固定夹具，提升水声纵向换能器制作效率；进而，力学控制环节具备较强的通用性，可以将其使用于多尺寸，多材料的水声纵向换能器上；最后，力学控制环节可以提高水声纵向换能器制作的清洁度，提升换能器质量。本发明可以为水声纵向换能器的设计制作提供参考与指导。对于基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，目前没有发现与本发明相同类技术存在，也没有发现有同类方法在文件与文献中存在。

本发明一方面可以提升水声纵向换能器预应力施加与频率的一致性，另一方面可以提高水声纵向换能器的制作效率，为水声纵向换能器的设计制作提供参考与指导。在实验过程中证明本发明是可行的。

本发明为实现水声纵向换能器上的力学控制，提出了水声纵向换能器上力学控制环节的计算公式与预应力施加方法，通过计算公式对换能器预应力施加过程进行指导，通过预应力施加方法及其相关设备夹具完成水声纵向换能器上的预应力施加工作。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

预装步骤：预装配水声纵向换能器；

压力施加步骤：计算压力施加参数，并根据压力施加参数对预装配的水声纵向换能器施加压力。

2.根据权利要求1所述的基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，其特征在于，所述预装步骤包括如下步骤：

胶合剂涂抹步骤：使用胶合剂在压电陶瓷片的电极面与电极片涂抹，将涂抹好胶合剂的压电陶瓷片与电极片静置备用；

预装配步骤：在水声纵向换能器装配固定装置上装配后盖板，将涂抹好胶合剂的压电陶瓷片与电极片装配在水声纵向换能器装配固定装置上，压电陶瓷片与电极片装配形成压电陶瓷堆，在压电陶瓷堆远离后盖板的一侧安装前盖板，并使用紧固螺栓连接后盖板、压电陶瓷堆和前盖板。

3.根据权利要求1所述的基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，其特征在于，该制作方法还包括清洁步骤：使用清洁材料清洗制作水声纵向换能器所需的压电陶瓷片、电极片、前盖板和后盖板，并使用清洁溶液清洗前固夹具、中固夹具、后固夹具、水声纵向换能器装配固定装置和紧固螺栓。

4.根据权利要求2所述的基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，其特征在于，该制作方法还包括中固步骤：在完成预装的压电陶瓷堆的周侧安装中固夹具，使用中固夹具对压电陶瓷堆、前盖板和后盖板进行同轴性校正。

5.根据权利要求2所述的基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，其特征在于，该制作方法还包括如下步骤：

前固步骤：将前固夹具安装在试验机可调面上，将装配好的压电陶瓷堆倒置嵌入前固夹具；

后固步骤：将后固夹具安装在试验机不可调面上，调整试验机可调面，将装配好的压电陶瓷堆嵌入后固夹具。

6.根据权利要求1所述的基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，其特征在于，该制作方法还包括设温步骤：设定试验机温度为预定温度。

7.根据权利要求1所述的基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，其特征在于，所述压力施加步骤包括如下步骤：

最大应力计算步骤、依据压电陶瓷片，使用理论计算公式

对水声纵向换能器上的最大应力T进行计算；

其中，P为施加在换能器上的电功率；Q_m为换能器机械品质因数；ρ为压电陶瓷材料密度；C为换能器的静态电容；π表示圆周率；ω_r为换能器的谐振频率；b为压电陶瓷片的外半径；a为压电陶瓷片的内半径；h为压电陶瓷片的厚度；

压力施加参数计算施压步骤：依据公式

T＝T_y

与

T_m＝πT_y(b²-a²)

计算并设定试验机压力施加参数T_m，调整试验机可调面运动，对压电陶瓷堆施加预应力至指定参数；

其中，T_y为拟施加在水声纵向换能器上的预应力。

8.根据权利要求1所述的基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，其特征在于，该制作方法还包括如下步骤：

消除松动步骤：在试验机可调面不再移动时，使用力矩扳手通过后固夹具上的预制结构旋紧紧固螺栓。

9.根据权利要求1所述的基于力学控制环节的水声纵向换能器制作方法，其特征在于，该制作方法还包括加热步骤：拆除水声纵向换能器上的后固夹具、前固夹具和中固夹具，将装配好的水声纵向换能器放入加热设备，加热水声纵向换能器，加速胶合层固化，直至胶合层完全固化后，关闭加热设备，完成制作。

10.一种基于力学控制环节的水声纵向换能器制作系统，其特征在于，包括如下模块：

预装模块：预装配水声纵向换能器；

压力施加模块：计算压力施加参数，并根据压力施加参数对预装配的水声纵向换能器施加压力。

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