[发明专利]数字式水声换能器单元、阵列、装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种数字式水声换能器单元，一所述外壁两端面均设一密封膜，各活塞辐射面均固定于密封膜的内侧面，活塞辐射面通过弹性件固定于外壁上，两活塞辐射面通过一连接杆连接并固定；一永磁体固定于活塞辐射面的内侧面上，永磁体与活塞辐射面接触的一面具有相同的极性；铁芯的中间具有一通孔，连接杆贯穿通孔，线圈绕设于铁芯的外侧面，电磁铁通过固定连接件固定于外壁上，铁芯的端面与永磁体的位置相对应，换能器单元的内部充满油性液体。本发明还涉及一种数字式低频宽带水声换能器单元阵列、装置以及控制方法。本发明的优点在于提供一种体积小、重量轻、功耗低的数字式水声换能器单元、阵列、装置，可实现水下低频大功率声辐射。

技术领域

本发明属于水声换能器技术领域，具体涉及一种数字式水声换能器单元、阵列、装置及控制方法。

背景技术

声波是唯一已知的能够在水下远距离传播的信息载体，声学方法是水下探测、测量、目标识别及定位、海洋地质勘探等诸多领域的主要手段，其应用日益深入。随着现代水声技术的发展，在一些领域中声波的低端工作频率已延伸至一百赫兹以下的甚低频段，因此作为水声技术得以实施的必要工具，低频宽带水声换能器、尤其是发射换能器的研制具有重要意义和价值。

传统的水下低频声辐射换能器主要有溢流式圆环换能器、多模弯张换能器、电动式换能器等等。为了达到较高的低频声辐射能力，这些换能器一般具有较大的体积、重量及损耗功率，并需要能够输出大幅度模拟信号的大功率功放进行驱动，使用期间损坏率高、长期工作可靠性较差。同时，受换能器自身物理非线性的影响，辐射的低频声波可能含有较高的失真，这在某些场合下可能产生较大的负面影响，例如主动控制领域。目前，水声领域仍然缺乏体积小、重量轻、功耗低的低频宽带换能器，其应用需求十分迫切。

数字式换能器是一种新型的声学器件，目前主要应用于空气扬声器领域，其设计思路主要有两种：其一，改变功率放大器的驱动形式，直接输出0和1的数字信号驱动原有的发声器件，例如公开号为CN101986721A的中国专利《全数字式扬声器装置》；其二，改变发声器件的物理结构，使其工作时在0和1两个位置不断切换，形成数字式单元，并利用多个单元形成阵列完成多比特数字信号的发声，例如公开号为CN101558660的中国专利《用于产生压强波的装置和方法》及相关国际专利。数字式空气扬声器具有更低的功耗和更好的声品质，是该领域发展的主要方向之一，但由于空气和水的介质差异性较大，现有的设计结构和方法并不能应用于水声领域。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种数字式水声换能器单元，是一种能用应用于水下数字式发声的水声换能器单元，且体积小、重量轻、功耗低。

本发明通过以下技术方案一解决上述技术问题：

技术方案一：

一种数字式水声换能器单元，包括一外壁、两活塞辐射面、两永磁体以及由铁芯和线圈构成的一电磁铁；所述外壁两端面均设有一密封膜，各所述活塞辐射面均固定于所述密封膜的内侧面且一一对应设置，所述活塞辐射面通过弹性件固定于所述外壁上，所述两活塞辐射面通过一连接杆连接并固定；所述永磁体固定于所述活塞辐射面的内侧面上且一一对应设置，所述永磁体与所述活塞辐射面接触的一面具有相同的极性；所述铁芯的中间具有一通孔，所述连接杆贯穿所述通孔，所述线圈绕设于所述铁芯的外侧面，所述线圈两端部的导线穿出外壁，形成所述换能器单元的输入接口；所述电磁铁通过固定连接件固定于所述外壁上，所述铁芯的端面与所述永磁体的位置相对应，在平衡位置下，所述铁芯的两个端面与两侧永磁体之间的距离保持一致；所述换能器单元的内部充满油性液体。

更优地，所述弹性件为板簧。

更优地，所述铁芯的两个端面均设有软垫。

更优地，所述外壁为一圆筒结构，所述活塞辐射面设于所述密封膜的内侧面中心位置，所述连接杆连接并固定所述活塞辐射面的中心位置。

更优地，所述永磁体为整体的环状结构或离散的块状结构。