[发明专利]径向辐射的杰纳斯-亥姆霍兹水声换能器

说明书

本发明提供的是一种径向辐射的杰纳斯‑亥姆霍兹水声换能器。包括中间质量块、两个晶堆、两支预应力螺栓、两个喇叭形辐射盖板以及腔体，中间质量块、晶堆和喇叭形辐射盖板按次序粘接在一起，并通过预应力螺栓压紧对晶堆施加预应力，腔体通过金属杆与中间质量块刚性连接，还包括两个金属圆盘，两个金属圆盘分别固定在两个喇叭形辐射盖板前端。本发明能够降低混响、减少多途、提高声能利用率、拓宽频带的径向辐射。本发明可以应用于远程水声通信、低频水声实验、海洋声层析等技术领域。

技术领域

本发明涉及的是一种水声换能器，具体地说是一种Janus-Helmholtz水声换能器。

背景技术

声波是唯一能在海水中远距离传输的能量载体。因此能够在海水中发射声波的水声换能器在认识海洋、探索海洋的人类活动中角色至关重要。水声通信换能器是水下信息交互网络重要节点。在水声通信领域，针对远距离通信目标如无人自主水下航行器、长航时水下滑翔机等方位不确定的特点，通常要求水声通信换能器在径向(水平方向)不呈现指向性而在水平方向的辐射越小越好，即指向性图呈现∞字形状。

目前常见的水声通信换能器是溢流式圆环换能器。这种换能器结构简单，容易设计，制作工艺相对成熟，并且功率容量大、频带宽、能够深水工作。众多优势使其广泛应用于各种水声通信机、声纳浮标、潜标以及水下自主无人航行器(AUV)等平台上。然而溢流式圆环换能器也有很多不足之处，其溢流结构导致其内外辐射面均向外辐射声能，在声场中声压反相抵消，导致辐射效率较低。

另一种大功率水声通信换能器是Janus-Helmholtz换能器，例如：低频大功率Janus-Helmholtz换能器的设计(《陕西师范大学学报(自然科学版)》2013年11月第41卷第6期)、(Janus-Helmholtz水声换能器理论问题研究-《哈尔滨工程大学学报》2015年7月第36卷第7期)中公开的换能器等。这种换能器通过Janus换能器的纵向谐振和Helmholtz谐振实现低频、宽带辐射，并且这两种模态拥有很高的功率容量，能够大功率辐射声能。但是，如图3可知，通过传统Janus换能器驱动的通信换能器，其辐射模式类似于纵向四极子，声能更集中于轴向方向(90°)，在应用中存在海底海面混响、多途干扰严重的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够降低混响、减少多途、提高声能利用率、拓宽频带的径向辐射的杰纳斯-亥姆霍兹水声换能器。

本发明的目的是这样实现的：包括中间质量块、两个晶堆、两支预应力螺栓、两个喇叭形辐射盖板以及腔体，中间质量块、晶堆和喇叭形辐射盖板按次序粘接在一起，并通过预应力螺栓压紧对晶堆施加预应力，腔体通过金属杆与中间质量块刚性连接，还包括两个金属圆盘，两个金属圆盘分别固定在两个喇叭形辐射盖板前端。

本发明还可以包括：

1.金属圆盘通过粘接固定在喇叭形辐射盖板前端。

2.金属圆盘的周边通过螺丝固定在喇叭形辐射盖板前端。

3.腔体为圆柱壳腔体，圆柱壳腔体的两端与两个喇叭形辐射盖板有间隔，形成两个辐射口。

本发明包括一只Janus换能器，还包括一个圆柱壳腔体、以及连接弯曲式Janus换能器与腔体的支撑结构。本发明的两个金属圆盘分别固定在Janus换能器的两个喇叭形辐射盖板前端，构成弯曲式Janus换能器。

本发明的弯曲式Janus水声换能器，包括一个中间质量块、两个晶堆、两支预应力螺栓、两个喇叭形辐射盖板以及两个金属圆盘，中间质量块、晶堆和喇叭形辐射盖板按次序粘接在一起，通过预应力螺栓压紧起到对晶堆施加预应力的作用，最后将两个金属圆盘固定在辐射盖板前端，通过Janus换能器驱动金属圆盘做弯曲振动，实现低频、径向发射。

所述的晶堆可以由压电陶瓷圆片粘接而成，也可以由稀土超磁致伸缩材料粘接而成。