[发明专利]具有周期性振幅放大结构的外部驱动换能器及装配方法

说明书

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。

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。