[发明专利]提高声换能器电压发射响应性能的方法及声换能器

说明书

本发明属于机械振动技术领域，具体涉及到提高声换能器电压发射响应性能的方法及声换能器，包括连接在换能器前盖板上的喇叭以及设置在喇叭内侧的阶梯；阶梯设置在喇叭内侧相邻的振动节线之间，阶梯凸起的高度为辐射介质的1/2波长；利用阶梯使喇叭的振动相位发生改变，使与阶梯高度相同的曲面上产生同相位振动，并通过喇叭内表面和阶梯面辐射，在喇叭的中心轴向上产生同相位声压叠加，使辐射声场的指向性尖锐，电压发射响应提高。本发明具有尺寸较小、结构简单、辐射声场的指向性尖锐且电压发射响应高的特点。

技术领域

本发明属于机械振动技术领域，具体涉及到提高声换能器电压发射响应性能的方法及声换能器。

背景技术

向流体介质中(特别是向空气介质中)辐射的大功率辐射声波有诸多应用，如声悬浮、声凝聚、声波除尘、声驱鸟等。为了能够向空气介质中辐射大功率声波，换能器的机械阻抗要较好地与空气介质的声阻抗进行匹配，目前用于最多的是西班牙学者Gallego提出的一种复合弯曲振动换能器，它由薄圆盘形辐射器和压电夹心式纵振换能器组成复合振动模式，换能器与圆盘中心联结，压电换能器激励起纵振动致使圆盘作弯曲振动，并向空气介质中辐射强功率声波，大面积的薄圆盘工作时为弯曲振动模式，但是其在使用时必需保证薄圆盘形辐射器和压电夹心式纵振换能器的频率一致产生共振，对设备的设计精度要求较高，此外，这种复合弯曲振动换能器的另一个缺点是圆盘直径较大，频率越低则其尺寸越大，因此在需要低频应用环境中其体积较大，辐射声场中指向性较差，电压发射响应偏低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述装置的缺点，即提供一种尺寸较小、结构简单、辐射声场的指向性尖锐且电压发射响应高的阶梯喇叭形声换能器。

同时，本发明还提供了一种用上述电压发射响应高的阶梯喇叭形声换能器实现的提高声换能器电压发射响应性能的方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种电压发射响应高的阶梯喇叭形声换能器，其包括连接在换能器前盖板上的喇叭以及设置在喇叭内侧的阶梯；

所述阶梯设置在喇叭内侧相邻的振动节线之间，阶梯凸起的高度为辐射介质的1/2波长。

进一步限定，所述喇叭的长度L为30～100mm，张角θ为30°～75°，壁厚t为1.8～5.4mm，工作频率为15～30kHz。

一种提高声换能器电压发射响应性能的方法，其是对换能器的压电陶瓷堆施加激励电压，使其产生沿轴向传递的纵向振动，纵向振动传递给喇叭，喇叭使纵向振动转变为与喇叭面垂直的弯曲振动，在喇叭的振动面上确定出振动节线，振动节线两侧区域的振动相位相反，在两两相邻的振动节线之间设置阶梯，利用阶梯使喇叭的振动相位发生改变，使与阶梯高度相同的曲面上产生同相位振动，并通过喇叭内表面和阶梯面辐射，在喇叭的中心轴向上产生同相位声压叠加，使辐射声场的指向性尖锐，电压发射响应提高。

进一步限定，所述纵向振动频率为15～30kHz。

进一步限定，所述阶梯凸起的高度为辐射介质的1/2波长。

进一步限定，所述辐射声场的指向性主瓣3dB波束宽度为4～10°；在空气中的电压发射响应TVR为101～111dB。

本发明的电压发射响应高的阶梯喇叭形声换能器主要利用喇叭与阶梯复合，施加阶梯的位置为在喇叭内侧相位相反的节线一侧区域，阶梯的凸起的高度为辐射介质中的1/2波长，以此避免振动节线两侧的相位相反引起的声场相消干涉，减小了换能器的尺寸；并在夹芯式换能器压电陶瓷片尺寸和数量相同，在换能器与前端喇叭接触面积与现有技术中的复合弯曲振动换能器和薄圆盘接触面积大小相同的情况下，本发明阶梯喇叭形声换能器在工作频率相同时产生的辐射声场指向性更为尖锐、电压发射响应性能也更高，使声辐射能量提高10倍之多。

附图说明