阅读说明：本技术 一种新型复合换能器 (Novel composite transducer ) 是由 马振 范进良 夏铁坚 于 2019-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型复合换能器,主要包括驱动振子、金属连接块A、金属连接块B和镶拼陶瓷圆弧,驱动振子的两端分别连接金属连接块A和金属连接块B的端面,金属连接块A和金属连接块B的侧面通过镶拼陶瓷圆弧相连接,驱动振子和镶拼陶瓷圆弧之间形成空腔。本发明的有益效果为：新型复合换能器将镶拼圆环换能器与IV型弯张换能器相结合,用镶拼的压电陶瓷圆弧代替IV型弯张换能器的金属振动壳体,在维持原有IV型弯张换能器基本尺寸不变的下情况,这种改变可以增加功率元件的体积,增大了换能器的功率密度,可以显著提升换能器声源级。需保护的是外部陶瓷与内部陶瓷相结合的结构形式。(The invention discloses a novel composite transducer which mainly comprises a driving vibrator, a metal connecting block A, a metal connecting block B and an inlaid ceramic arc, wherein two ends of the driving vibrator are respectively connected with the end surfaces of the metal connecting block A and the metal connecting block B, the side surfaces of the metal connecting block A and the metal connecting block B are connected through the inlaid ceramic arc, and a cavity is formed between the driving vibrator and the inlaid ceramic arc. The invention has the beneficial effects that: the novel composite transducer combines together inlaying ring transducer and IV type flextensional transducer, replaces the metal vibration casing of IV type flextensional transducer with the piezoceramics circular arc of inlaying, maintains the unchangeable condition of original IV type flextensional transducer basic dimension, and this kind of change can increase power element's volume, has increased the power density of transducer, can show and promote the transducer sound source level. What is to be protected is the structural form in which the outer ceramic is bonded to the inner ceramic.)

一种新型复合换能器

技术领域

本发明涉及水声换能器，主要是一种新型复合换能器。

背景技术

IV型弯张换能器和镶拼圆环换能器是常用的两种换能器。

如图1所示，IV型弯张换能器由振动壳体6和柱形的驱动振子3组成。工作时驱动振子作长轴伸张、收缩运动，并激励壳体的弯曲振动进行声辐射。IV型弯张换能器具有低频、小尺寸的优点，在300Hz至3000Hz频率范围内获得广泛的应用。IV型弯张换能器壳体尺寸远小于工作时水中波长(最大尺寸约为水中波长1/4)，在频率较高的情况下(2kHz以上)，换能器尺寸较小，内部空间受限，功率原件尺寸难以做大，换能器功率密度较低，声源级难以提升。

如图2所示，镶拼圆环换能器7是采用矩形陶瓷条配合楔形金属条或梯形陶瓷条拼接而成。工作时，镶拼圆环换能器在径向方向做伸张收缩运动。镶拼圆环换能器具有圆周方向无指向性、高效、宽带等优点。然而相比于同频率的IV型弯张换能器，镶拼圆环换能器尺寸、重量较大(1.5kHz的IV型弯张换能器尺寸约为300mm*220mm*180mm，重量约为25kg，1.5kHz的镶拼圆环换能器尺寸约为Φ650mm*200mm，重量约为100kg)。

这两种换能器的性能主要取决于材料、设计、工艺三大方面。目前换能器材料方面难以短时间内实现较大突破，换能器设计也随着相关设计方法、设计软件的应用而逐渐成熟，换能器工艺也随多年工程实践而逐渐固化，所以常规方法难以大幅度提升换能器性能(主要是声源级、带宽等)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能够提升换能器功率密度和发送电压响应的新型复合换能器。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种新型复合换能器，主要包括驱动振子、金属连接块A、金属连接块B和镶拼陶瓷圆弧，驱动振子的两端分别连接金属连接块A和金属连接块B的端面，金属连接块A和金属连接块B的侧面通过镶拼陶瓷圆弧相连接，驱动振子和镶拼陶瓷圆弧之间形成空腔。

作为优选，所述的镶拼陶瓷圆弧包括镶拼陶瓷圆弧A和镶拼陶瓷圆弧B，镶拼陶瓷圆弧A和镶拼陶瓷圆弧B的两端分别与金属连接块A和金属连接块B的两个侧面相连接，镶拼陶瓷圆弧A和驱动振子之间及镶拼陶瓷圆弧B和驱动振子之间形成空腔。

更进一步的，所述的镶拼陶瓷圆弧A和镶拼陶瓷圆弧B对称设置。

更进一步的，所述的驱动振子和镶拼陶瓷圆弧设置有预应力。

作为优选，所述的驱动振子采用的是压电陶瓷、稀土、铁镓或铽镝铁功率元件。

作为优选，所述的镶拼陶瓷圆弧A和镶拼陶瓷圆弧B采用矩形陶瓷条配合楔形金属条或梯形陶瓷条拼接而成。

作为优选，所述的驱动振子呈柱形设置。

本发明的有益效果为：新型复合换能器将镶拼圆环换能器与IV型弯张换能器相结合，用镶拼的压电陶瓷圆弧代替IV型弯张换能器的金属振动壳体，在维持原有IV型弯张换能器基本尺寸不变的下情况，这种改变可以增加功率元件的体积，增大了换能器的功率密度，可以显著提升换能器声源级。需保护的是外部陶瓷与内部陶瓷相结合的结构形式。

附图说明

图1为传统的IV型弯张换能器结构示意图。

图2为传统的镶拼圆环换能器结构示意图。

图3为本发明的主视结构示意图。

图4为本发明的立体结构示意图。

附图标记说明：镶拼陶瓷圆弧A1，金属连接块A2，驱动振子3，金属连接块B4，镶拼陶瓷圆弧B5，振动壳体6，镶拼圆环换能器7。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如图3-图4所示，这种新型复合换能器，主要包括驱动振子3、金属连接块A2、金属连接块B4和镶拼陶瓷圆弧，所述的镶拼陶瓷圆弧包括镶拼陶瓷圆弧A1和镶拼陶瓷圆弧B5，所述的镶拼陶瓷圆弧A1和镶拼陶瓷圆弧B5对称设置，并采用矩形陶瓷条配合楔形金属条或梯形陶瓷条拼接而成。所述的驱动振子3采用的是压电陶瓷，在实际使用中可使用稀土、铁镓、铽镝铁等功率元件。本实施例中，所述的驱动振子3呈柱形设置，驱动振子3的两端分别连接金属连接块A2和金属连接块B4的端面，镶拼陶瓷圆弧A1和镶拼陶瓷圆弧B5的两端分别与金属连接块A2和金属连接块B4的两个侧面相连接，镶拼陶瓷圆弧A1和驱动振子3之间及镶拼陶瓷圆弧B5和驱动振子3之间形成空腔。

本发明的工作机理：本发明中内部的驱动振子的作用与IV型弯张换能器内部振子相同，内部驱动振子工作时做伸长、收缩振动，并以此激励壳体的弯曲振动进行声辐射；镶拼陶瓷圆弧一方面将内部驱动振子的伸张、收缩振动放大并形成声辐射，另一方面镶拼的压电陶瓷壳体在电场激励下也会进行弯曲振动，并将这种振动辐射出去；金属连接块的作用是将镶拼压电陶瓷圆弧与内部驱动振子相连接，进行振动与力的传递。记内部驱动振子单独工作时换能器声源级为slv1，镶拼陶瓷圆弧单独工作时换能器声源级为slv2，二者共同工作时声源级为slv，则当内部驱动振子与镶拼陶瓷圆弧工作相位一致时可得：

当slv1和slv2分别于传统的IV型弯张换能器声源级相当时，则复合换能器理论声源级可比尺寸相当的传统IV型弯张高6dB。可见新型复合换能器能够提升换能器功率密度和发送电压响应。

复合换能器在具体设计研制时应充分考虑外部陶瓷材料的特性，正确设置预应力。具体工艺过程应借鉴镶拼圆环换能器和IV型弯张换能器。

本发明针对传统IV型弯张换能器功率密度小，声源级难以提升的问题，借鉴镶拼圆环的结构形式，用镶拼圆弧代替原有的金属壳体，增大了功率元件的体积，提高了换能器的功率密度，进而可以在不改变换能器尺寸的前提下提高换能器声源级。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。