压电驱动深海释放系统及其工作方法
阅读说明：本技术 压电驱动深海释放系统及其工作方法 (Piezoelectric driving deep sea release system and working method thereof ) 是由 王亮 于鹏鹏 金家楣 张世宇 陈昕荣 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种压电驱动深海释放系统及其工作方法。压电驱动深海释放系统包括浮体、探测器、压电释放器、连接轴承、第一至第四连接杆、以及锚定重物。压电释放器包括压电换能器和动子。压电换能器和动子通过螺纹相互配合。浮体保证压电换能器和动子间的螺纹配合区紧密接触,驱动压电换能器螺纹能够借助摩擦力使得动子和压电换能器分离。分离后,探测器由浮体牵引至海面。本发明融入应用场景,利用牵引浮体施加预压力,简单又可靠,能应用在海洋信息获取中。(The invention provides a piezoelectric driving deep sea release system and a working method thereof. The piezoelectric-driven deep sea release system comprises a floating body, a detector, a piezoelectric release, a connecting bearing, a first connecting rod, a second connecting rod, a third connecting rod, a fourth connecting rod and an anchoring heavy object. The piezoelectric releaser comprises a piezoelectric transducer and a rotor. The piezoelectric transducer and the rotor are matched with each other through threads. The body guarantees that the screw-thread fit between piezoelectric transducer and the active cell district in close contact with, and the drive piezoelectric transducer screw thread can make active cell and piezoelectric transducer separate with the help of frictional force. After separation, the probe is pulled by the float to the surface. The invention is integrated into an application scene, applies pre-pressure by utilizing the traction floating body, is simple and reliable, and can be applied to marine information acquisition.)
技术领域
本发明涉及压电驱动深海释放领域，尤其涉及一种压电驱动深海释放系统及其工作方法。
背景技术
深海声学释放器是海洋信息获取的有力工具，利用配重与浮球来调整探测仪器设备在水中的浮力、重力关系，完成探测仪器设备的投放、定位、回收工作。由深海声学释放器布放的探测仪器设备能够定点、长期、连续、隐蔽地了解海域的地理环境、地形特点、气象情况等信息。
现有电磁电机驱动式深海释放器存在许多问题，电磁电机转速过高无法直接驱动负载，需要额外的高减速比减速机构实现减速、增扭，这增加了驱动系统的体积、质量和复杂程度。此外，高水压条件下动密封困难是电磁电机驱动式释放器可靠释放的瓶颈。
现有螺纹超声电机的预压力恒定施加始终没有一个合适的方法。在专利（201711099075.X）中，南京航空航天大学的姚志远教授提出利用两个分体式螺杆实现预压力施加。虽然该方法能够保证预压力恒定施加，但是两个分体式螺杆相互配合只能在一定的行程范围内实现。当一个螺杆离开定子内螺纹的约束，该方法将会失效。因此，该方法只能在局部、小范围行程中有效，无法在满行程中发挥作用。此外，两个分体式螺杆需要保证转动的角速度相同和两者间没有轴向相互作用力，否则将会出现两个螺杆对顶、自锁卡死现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种压电驱动深海释放系统及其工作方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
压电驱动深海释放系统，包括浮体、探测器、压电释放器、连接轴承、第一至第四连接杆、以及锚定重物；
所述浮体用于提供上浮浮力；
所述探测器用于探测、监控海洋；
所述锚定重物用于提供竖直向下重力，起锚定作用，防止深海释放系统受到风、浪、流和海水温度梯度的影响使得锚定位置发生移动；
所述压电释放器包括贴片式压电换能器和释放螺杆；
所述贴片式压电换能器包括金属基体、第一至第二压电陶瓷片组；
所述金属基体为长方体，包含上端面、下端面以及首位相连的第一至第四侧壁，其中，第一侧壁平行于第三侧壁，第二侧壁平行于第四侧壁；所述金属基体在其下端面中心设有和所述释放螺杆相匹配的螺纹孔，且螺纹孔的螺纹长度大于其5倍的螺距；
所述金属基体上设有和所述连接轴承内圈相匹配的环形凹槽，所述连接轴承内圈的内壁和所述金属基体在其环形凹槽处同轴固连；
所述第一、第二压电陶瓷片组均包括两个沿着厚度方向极化的压电陶瓷片，其中，第一压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片对称的粘贴在所述金属基体的第一、第三侧壁上，第二压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片对称的粘贴在所述金属基体的第二、第四侧壁上；第一压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片的极化方向相同，第二压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片的极化方向相同；第一、第二压电陶瓷片中的压电陶瓷片均涂覆有绝缘胶水，防止海水浸入；
所述释放螺杆上端和所述金属基体的螺纹孔螺纹相连，下端和所述第四连接杆的上端铰接；
所述第一连接杆上端和所述浮体铰接，下端和所述探测器铰接；
所述第二、第三连接杆平行设置，其上端均和探测器铰接、下端均和连接轴承的外圈铰接，且第二、第三连接杆和连接轴承外圈的铰接处关于金属基体对称；
所述第四连接杆的下端和所述锚定重物铰接。
本发明还公开了一种该压电驱动深海释放系统的工作方法，包含以下步骤：
通过锚定重物将压电驱动深海释放系统置于指定位置，此时，金属基体的内螺纹与释放螺杆的外螺纹紧密接触贴合，在静摩擦力的作用下，金属基体和释放螺杆的配合距离保持不变，实现无功耗自锁；
需要进行释放时：
对第一压电陶瓷片组施加第一交流电信号、第二压电陶瓷片组施加第二交流电信号；第一交流电信号使得贴片式压电换能器在第二侧面的法面上发生弯曲振动，激发振动模态A；第二交流电信号使得贴片式压电换能器在第三侧面的法面上发生弯曲振动，激发振动模态B；
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位超前第二交流电信号90度，此时贴片式压电换能器的振动模态A和振动模态B同时被激发，贴片式压电换能器金属基体内螺纹的表面质点产生椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得释放螺杆旋入金属基体内的距离逐渐减少直至为0，此时，释放螺杆脱离金属基体，在浮体的牵引下，探测器和贴片式压电换能器一起上浮；
在浮体大幅度摆动、大角度倾斜的工况下，需要对释放螺杆旋入金属基体内的距离进行补偿时：
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位滞后第二交流电信号90度，此时压电换能器内螺纹的表面质点产生反向椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得释放螺杆旋入金属基体内的距离逐渐增加。
本发明还公开了第二种压电驱动深海释放系统，包括浮体、探测器、压电释放器、连接轴承、第一至第四连接杆、以及锚定重物；
所述浮体用于提供上浮浮力；
所述探测器用于探测、监控海洋；
所述锚定重物用于提供竖直向下重力，起锚定作用，防止深海释放系统受到风、浪、流和海水温度梯度的影响使得锚定位置发生移动；
所述压电释放器包括贴片式压电换能器和释放螺帽；
所述贴片式压电换能器包括金属基体、第一至第二压电陶瓷片组；
所述金属基体为竖直放置的圆柱体，其外壁下端设有和所述释放罗帽相匹配的外螺纹，外螺纹的长度大于其5倍的螺距；
所述金属基体的下端面中心延其轴线设有方形通孔，该方形通孔包含首位相连的第一至第四侧壁，其中，第一侧壁平行于第三侧壁，第二侧壁平行于第四侧壁；
所述金属基体的外壁上还设有和所述连接轴承内圈相匹配的环形凹槽，所述连接轴承内圈的内壁和所述金属基体在其环形凹槽处同轴固连；
所述第一、第二压电陶瓷片组均包括两个沿着厚度方向极化的压电陶瓷片，其中，第一压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片对称的粘贴在所述方形通孔的第一、第三侧壁上，第二压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片对称的粘贴在所述方形通孔的第二、第四侧壁上；第一压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片的极化方向相同，第二压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片的极化方向相同；第一、第二压电陶瓷片中的压电陶瓷片均涂覆有绝缘胶水，防止海水浸入；
所述释放螺帽上端开口、下端封闭，且释放螺帽上端和所述金属基体的下端螺纹相连，下端和所述第四连接杆的上端铰接；
所述第一连接杆上端和所述浮体铰接，下端和所述探测器铰接；
所述第二、第三连接杆平行设置，其上端均和探测器铰接、下端均和连接轴承的外圈铰接，且第二、第三连接杆和连接轴承外圈的铰接处关于金属基体对称；
所述第四连接杆的下端和所述锚定重物铰接。
本发明还公开了该第二种压电驱动深海释放系统的工作方法，包含以下步骤：
通过锚定重物将压电驱动深海释放系统置于指定位置，此时，金属基体的外螺纹与释放螺帽的内螺纹紧密接触贴合，在静摩擦力的作用下，金属基体和释放螺帽的配合距离保持不变，实现无功耗自锁；
需要进行释放时：
对第一压电陶瓷片组施加第一交流电信号、第二压电陶瓷片组施加第二交流电信号；第一交流电信号使得贴片式压电换能器在方形通孔的第二侧面上发生弯曲振动，激发振动模态A；第二交流电信号使得贴片式压电换能器在方形通孔的第三侧面上发生弯曲振动，激发振动模态B；
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位超前第二交流电信号90度，此时贴片式压电换能器的振动模态A和振动模态B同时被激发，贴片式压电换能器金属基体外螺纹的表面质点产生椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得金属基体旋入释放螺帽内的距离逐渐减少直至为0，此时，释放螺帽脱离金属基体，在浮体的牵引下，探测器和贴片式压电换能器一起上浮；
在浮体大幅度摆动、大角度倾斜的工况下，需要对金属基体旋入释放螺帽内的距离进行补偿时：
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位滞后第二交流电信号90度，此时压电换能器内螺纹的表面质点产生反向椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得金属基体旋入释放螺帽内的距离逐渐增加。
本发明还公开了第三种压电驱动深海释放系统，包括浮体、探测器、压电释放器、连接轴承、第一至第四连接杆、以及锚定重物；
所述浮体用于提供上浮浮力；
所述探测器用于探测、监控海洋；
所述锚定重物用于提供竖直向下重力，起锚定作用，防止深海释放系统受到风、浪、流和海水温度梯度的影响使得锚定位置发生移动；
所述压电释放器包括夹心式压电换能器和释放螺帽；
所述夹心式压电换能器包括预紧螺栓、后梁体、压电陶瓷片模块、前梁体、变幅杆和固定螺杆；
所述前梁体、后梁体为横截面形状相同的正棱柱或圆柱体，前梁体一个端面的中心设有和所示预紧螺栓相匹配的螺纹孔，后梁体一个端面的中心设有和所述预紧螺栓相匹配的沉头通孔；
所述压电陶瓷模块包含第一压电陶瓷组和第二压电陶瓷组，其中，第一压电陶瓷组包含2M个双分区压电陶瓷片，第二压电陶瓷组包含2N个双分区压电陶瓷片， M、N均为大于等于1的自然数；所述双分区压电陶瓷片形状和前梁体的横截面形状相同，中心设有供预紧螺栓穿过的通孔，沿着厚度方向极化，双分区压电陶瓷片的极化分界线为直线，且双分区压电陶瓷片两个分区的极化方向相反；
所述第一压电陶瓷组中2M个双分区压电陶瓷片依次层叠，使得2M个双分区压电陶瓷片的极化分界线共面，相邻双分区压电陶瓷片的极化方向相反；所述第二压电陶瓷组中2N个双分区压电陶瓷片依次层叠，使得2N个双分区压电陶瓷片的极化分界线共面，相邻双分区压电陶瓷片的极化方向相反；
所述第一压电陶瓷组、第二压电陶瓷组层叠，使得第一压电陶瓷组中双分区压电陶瓷片的极化分界线垂直于第二压电陶瓷组中双分区压电陶瓷片的极化分界线；
所述预紧螺栓的螺柱依次穿过所述后梁体的沉头通孔、压电陶瓷模块后和前梁体的螺纹孔螺纹相连，将压电陶瓷模块压紧；
所述变幅杆成圆台状，其端面较大的一端和所述前梁体远离压电陶瓷模块一端同轴固连，变幅杆端面较小的一端和所述固定螺杆的上端同轴固连；
所述后梁体的外壁上还设有和所述连接轴承内圈相匹配的环形凹槽，所述连接轴承内圈的内壁和所述后梁体在其环形凹槽处同轴固连；
所述释放螺帽上端开口、下端封闭；释放螺帽上端和所述固定螺杆的下端螺纹相连，下端和所述第四连接杆的上端铰接；
所述第一连接杆上端和所述浮体铰接，下端和所述探测器铰接；
所述第二、第三连接杆平行设置，其上端均和探测器铰接、下端均和连接轴承的外圈铰接，且第二、第三连接杆和连接轴承外圈的铰接处关于金属基体对称；
所述第四连接杆的下端和所述锚定重物铰接。
本发明还公开了该第三种压电驱动深海释放系统的工作方法，包含以下步骤：
通过锚定重物将压电驱动深海释放系统置于指定位置，此时，固定螺杆的外螺纹与释放螺帽的内螺纹紧密接触贴合，在静摩擦力的作用下，固定螺杆和释放螺帽的配合距离保持不变，实现无功耗自锁；
需要进行释放时：
对第一压电陶瓷片组施加第一交流电信号、第二压电陶瓷片组施加第二交流电信号；第一交流电信号使得夹心式压电换能器在第一压电陶瓷片组中双分区压电陶瓷片极化分界线的垂面上发生弯曲振动，激发振动模态A；第二交流电信号使得夹心式压电换能器第二压电陶瓷片组中双分区压电陶瓷片极化分界线的垂面上发生弯曲振动，激发振动模态B；
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位超前第二交流电信号90度，此时夹心式压电换能器的振动模态A和振动模态B同时被激发，夹心式压电换能器固定螺杆外螺纹的表面质点产生椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得固定螺杆旋入释放螺帽内的距离逐渐减少直至为0，此时，释放螺帽脱离固定螺杆，在浮体的牵引下，探测器和夹心式压电换能器一起上浮；
在浮体大幅度摆动、大角度倾斜的工况下，需要对固定螺杆旋入释放螺帽内的距离进行补偿时：
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位滞后第二交流电信号90度，此时压电换能器内螺纹的表面质点产生反向椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得固定螺杆旋入释放螺帽内的距离逐渐增加。
本发明还公开了第四种压电驱动深海释放系统，包括浮体、探测器、压电释放器、连接轴承、第一至第四连接杆、以及锚定重物；
所述浮体用于提供上浮浮力；
所述探测器用于探测、监控海洋；
所述锚定重物用于提供竖直向下重力，起锚定作用，防止深海释放系统受到风、浪、流和海水温度梯度的影响使得锚定位置发生移动；
所述压电释放器包括夹心式压电换能器和释放螺杆；
所述夹心式压电换能器包括预紧螺栓、后梁体、压电陶瓷片模块、前梁体、变幅杆和固定螺帽；
所述前梁体、后梁体为横截面形状相同的正棱柱或圆柱体，前梁体一个端面的中心设有和所示预紧螺栓相匹配的螺纹孔，后梁体一个端面的中心设有和所述预紧螺栓相匹配的沉头通孔；
所述压电陶瓷模块包含第一压电陶瓷组和第二压电陶瓷组，其中，第一压电陶瓷组包含2M个双分区压电陶瓷片，第二压电陶瓷组包含2N个双分区压电陶瓷片， M、N均为大于等于1的自然数；所述双分区压电陶瓷片形状和前梁体的横截面形状相同，中心设有供预紧螺栓穿过的通孔，沿着厚度方向极化，双分区压电陶瓷片的极化分界线为直线，且双分区压电陶瓷片两个分区的极化方向相反；
所述第一压电陶瓷组中2M个双分区压电陶瓷片依次层叠，使得2M个双分区压电陶瓷片的极化分界线共面，相邻双分区压电陶瓷片的极化方向相反；所述第二压电陶瓷组中2N个双分区压电陶瓷片依次层叠，使得2N个双分区压电陶瓷片的极化分界线共面，相邻双分区压电陶瓷片的极化方向相反；
所述第一压电陶瓷组、第二压电陶瓷组层叠，使得第一压电陶瓷组中双分区压电陶瓷片的极化分界线垂直于第二压电陶瓷组中双分区压电陶瓷片的极化分界线；
所述预紧螺栓的螺柱依次穿过所述后梁体的沉头通孔、压电陶瓷模块后和前梁体的螺纹孔螺纹相连，将压电陶瓷模块压紧；
所述固定螺帽上端封闭，下端开口，且固定螺帽的内螺纹和所述释放螺杆的外螺纹相匹配；
所述变幅杆成圆台状，其端面较大的一端和所述前梁体远离压电陶瓷模块一端同轴固连，变幅杆端面较小的一端和所述固定螺帽的上端同轴固连；
所述后梁体的外壁上还设有和所述连接轴承内圈相匹配的环形凹槽，所述连接轴承内圈的内壁和所述后梁体在其环形凹槽处同轴固连；
所述释放螺杆上端和所述固定螺帽的下端螺纹相连，下端和所述第四连接杆的上端铰接；
所述第一连接杆上端和所述浮体铰接，下端和所述探测器铰接；
所述第二、第三连接杆平行设置，其上端均和探测器铰接、下端均和连接轴承的外圈铰接，且第二、第三连接杆和连接轴承外圈的铰接处关于金属基体对称；
所述第四连接杆的下端和所述锚定重物铰接。
本发明还公开了该第四种压电驱动深海释放系统的工作方法，包含以下步骤：
通过锚定重物将压电驱动深海释放系统置于指定位置，此时，释放螺杆的外螺纹与固定螺帽的内螺纹紧密接触贴合，在静摩擦力的作用下，释放螺杆和固定螺帽的配合距离保持不变，实现无功耗自锁；
需要进行释放时：
对第一压电陶瓷片组施加第一交流电信号、第二压电陶瓷片组施加第二交流电信号；第一交流电信号使得夹心式压电换能器在第一压电陶瓷片组中双分区压电陶瓷片极化分界线的垂面上发生弯曲振动，激发振动模态A；第二交流电信号使得夹心式压电换能器第二压电陶瓷片组中双分区压电陶瓷片极化分界线的垂面上发生弯曲振动，激发振动模态B；
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位超前第二交流电信号90度，此时夹心式压电换能器的振动模态A和振动模态B同时被激发，夹心式压电换能器固定螺杆外螺纹的表面质点产生椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得释放螺杆旋入固定螺帽内的距离逐渐减少直至为0，此时，释放螺杆脱离固定螺帽，在浮体的牵引下，探测器和夹心式压电换能器一起上浮；
在浮体大幅度摆动、大角度倾斜的工况下，需要对释放螺杆旋入固定螺帽内的距离进行补偿时：
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位滞后第二交流电信号90度，此时压电换能器内螺纹的表面质点产生反向椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得释放螺杆旋入固定螺帽内的距离逐渐增加。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 摩擦驱动允许海水进入，无需动密封；
2. 贴片式压电换能器只需进行隔水、绝缘处理；夹心式压电换能器中存在的螺纹盲孔可以采用绝缘固化胶水填充；不论是贴片式还是夹心式压电换能器，它们结构内部无空腔，与外界海水间无压差，在高水压条件下不会被破坏，能适应深海高水压、低温、强腐蚀的恶劣环境；
3. 浮体提供的浮力，在定点监控、应答释放时保证压电换能器和动子间牢靠接触，在脱离上升时充当提升拉力实现探测器的上浮；
4. 恒定的、全行程的预压力能够充分挖掘螺纹超声电机的输出性能，实现大推力输出。
附图说明
图1是本发明压电驱动深海释放器系统进行释放的示意图；
图2是本发明中第一种压电驱动深海释放器系统的贴片式压电释放器的结构示意图；
图3是本发明中第一种压电驱动深海释放器系统的贴片式压电换能器的振动模态A振型；
图4是本发明中第一种压电驱动深海释放器系统的贴片式压电换能器的振动模态B振型；
图5是本发明中第一种压电驱动深海释放器系统的贴片式压电换能器的振动模态叠加与叠加相位控制；
图6是本发明中第一种压电驱动深海释放器系统的贴片式压电释放器的摩擦驱动原理；
图7是本发明中第二种压电驱动深海释放器系统的贴片式压电释放器的结构示意图；
图8是本发明中第三种压电驱动深海释放器系统的夹心式压电释放器的结构示意图；
图9是本发明中第三种压电驱动深海释放器系统的夹心式压电释放器中压电陶瓷模块的极化方向；
图10是本发明中第四种压电驱动深海释放器系统的夹心式压电释放器的结构示意图。
其中，1：浮体；2-1：第一连接杆；2-2：第二连接杆；2-3：第三连接杆；2-4：第四连接杆；3：探测器；4：第一种压电驱动深海释放器；5：锚定重物；6：螺杆；7：第一种压电驱动深海释放器的第一压电陶瓷片组；8：第一种压电驱动深海释放器的第二压电压电陶瓷片组；9：第一种压电驱动深海释放器的压电振子转动方向；10：第一种压电驱动深海释放器的压电振子质点的微幅椭圆运动；11：第二种压电驱动深海释放器的螺帽；12：第二种压电驱动深海释放器的金属基体；13：第二种压电驱动深海释放器中的压电换能器的夹持槽；14：第二种压电驱动深海释放器的第一压电陶瓷片组；15：第二种压电驱动深海释放器的第二压电陶瓷片组；16：第三种压电驱动深海释放器的夹心式压电换能器；16-1：第三种压电驱动深海释放器的后梁体；16-2：第三种压电驱动深海释放器的压电陶瓷片模块；16-2-1：第三种压电驱动深海释放器中压电陶瓷片模块的第一压电陶瓷片组；16-2-2：第三种压电驱动深海释放器中压电陶瓷片模块的第二压电陶瓷片组；16-3：第三种压电驱动深海释放器的前梁体；16-4：第三种压电驱动深海释放器的变幅杆；16-5：第三种压电驱动深海释放器的固定螺杆；17：第三种压电驱动深海释放器的释放螺帽；18：第四种压电驱动深海释放器的夹心式压电换能器；18-1：第四种压电驱动深海释放器的后梁体；18-2：第四种压电驱动深海释放器的压电陶瓷片模块；18-3：第四种压电驱动深海释放器的前梁体；18-4：第四种压电驱动深海释放器的变幅杆；18-5：第四种压电驱动深海释放器的固定螺帽；19：第四种压电驱动深海释放器的释放螺杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
高水压下动密封困难是电磁电机驱动释放器可靠释放的瓶颈，而以超声电机为代表的压电驱动技术是应对深海高水压、低温和强腐蚀等恶劣环境的最理想的驱动方法之一。为了满足无指令时自锁、接收指令后脱离的需求，本发明提出了一种压电驱动深海释放系统，如图1所示，包括浮体、探测器、压电释放器、连接轴承、第一至第四连接杆、以及锚定重物；
所述浮体用于提供上浮浮力；
所述探测器用于探测、监控海洋；
所述锚定重物用于提供竖直向下重力，起锚定作用，防止深海释放系统受到风、浪、流和海水温度梯度的影响使得锚定位置发生移动；
如图2所示，所述压电释放器包括贴片式压电换能器和释放螺杆；
所述贴片式压电换能器包括金属基体、第一至第二压电陶瓷片组；
所述金属基体为长方体，包含上端面、下端面以及首位相连的第一至第四侧壁，其中，第一侧壁平行于第三侧壁，第二侧壁平行于第四侧壁；所述金属基体在其下端面中心设有和所述释放螺杆相匹配的螺纹孔，且螺纹孔的螺纹长度大于其5倍的螺距；
所述金属基体上设有和所述连接轴承内圈相匹配的环形凹槽，所述连接轴承内圈的内壁和所述金属基体在其环形凹槽处同轴固连；
所述第一、第二压电陶瓷片组均包括两个沿着厚度方向极化的压电陶瓷片，其中，第一压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片对称的粘贴在所述金属基体的第一、第三侧壁上，第二压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片对称的粘贴在所述金属基体的第二、第四侧壁上；第一压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片的极化方向相同，第二压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片的极化方向相同；第一、第二压电陶瓷片中的压电陶瓷片均涂覆有绝缘胶水，防止海水浸入；
所述释放螺杆上端和所述金属基体的螺纹孔螺纹相连，下端和所述第四连接杆的上端铰接；
所述第一连接杆上端和所述浮体铰接，下端和所述探测器铰接；
所述第二、第三连接杆平行设置，其上端均和探测器铰接、下端均和连接轴承的外圈铰接，且第二、第三连接杆和连接轴承外圈的铰接处关于金属基体对称；
所述第四连接杆的下端和所述锚定重物铰接。
本发明还公开了一种该压电驱动深海释放系统的工作方法，包含以下步骤：
通过锚定重物将压电驱动深海释放系统置于指定位置，此时，金属基体的内螺纹与释放螺杆的外螺纹紧密接触贴合，在静摩擦力的作用下，金属基体和释放螺杆的配合距离保持不变，实现无功耗自锁；
需要进行释放时：
对第一压电陶瓷片组施加第一交流电信号、第二压电陶瓷片组施加第二交流电信号；第一交流电信号使得贴片式压电换能器在第二侧面的法面上发生弯曲振动，激发振动模态A，如图3所示；第二交流电信号使得贴片式压电换能器在第三侧面的法面上发生弯曲振动，激发振动模态B，如图4所示；
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位超前第二交流电信号90度，此时贴片式压电换能器的振动模态A和振动模态B同时被激发，贴片式压电换能器金属基体内螺纹的表面质点产生椭圆运动，如图5、图6所示；借助滑动摩擦力，使得释放螺杆旋入金属基体内的距离逐渐减少直至为0，此时，释放螺杆脱离金属基体，在浮体的牵引下，探测器和贴片式压电换能器一起上浮；
在浮体大幅度摆动、大角度倾斜的工况下，需要对释放螺杆旋入金属基体内的距离进行补偿时：
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位滞后第二交流电信号90度，此时压电换能器内螺纹的表面质点产生反向椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得释放螺杆旋入金属基体内的距离逐渐增加。
本发明还公开了第二种压电驱动深海释放系统，包括浮体、探测器、压电释放器、连接轴承、第一至第四连接杆、以及锚定重物；
所述浮体用于提供上浮浮力；
所述探测器用于探测、监控海洋；
所述锚定重物用于提供竖直向下重力，起锚定作用，防止深海释放系统受到风、浪、流和海水温度梯度的影响使得锚定位置发生移动；
如图7所示，所述压电释放器包括贴片式压电换能器和释放螺帽；
所述贴片式压电换能器包括金属基体、第一至第二压电陶瓷片组；
所述金属基体为竖直放置的圆柱体，其外壁下端设有和所述释放螺帽相匹配的外螺纹，外螺纹的长度大于其5倍的螺距；
所述金属基体的下端面中心延其轴线设有方形通孔，该方形通孔包含首位相连的第一至第四侧壁，其中，第一侧壁平行于第三侧壁，第二侧壁平行于第四侧壁；
所述金属基体的外壁上还设有和所述连接轴承内圈相匹配的环形凹槽，所述连接轴承内圈的内壁和所述金属基体在其环形凹槽处同轴固连；
所述第一、第二压电陶瓷片组均包括两个沿着厚度方向极化的压电陶瓷片，其中，第一压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片对称的粘贴在所述方形通孔的第一、第三侧壁上，第二压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片对称的粘贴在所述方形通孔的第二、第四侧壁上；第一压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片的极化方向相同，第二压电陶瓷片组的两个压电陶瓷片的极化方向相同；第一、第二压电陶瓷片中的压电陶瓷片均涂覆有绝缘胶水，防止海水浸入；
所述释放螺帽上端开口、下端封闭，且释放螺帽上端和所述金属基体的下端螺纹相连，下端和所述第四连接杆的上端铰接；
所述第一连接杆上端和所述浮体铰接，下端和所述探测器铰接；
所述第二、第三连接杆平行设置，其上端均和探测器铰接、下端均和连接轴承的外圈铰接，且第二、第三连接杆和连接轴承外圈的铰接处关于金属基体对称；
所述第四连接杆的下端和所述锚定重物铰接。
本发明还公开了该第二种压电驱动深海释放系统的工作方法，包含以下步骤：
通过锚定重物将压电驱动深海释放系统置于指定位置，此时，金属基体的外螺纹与释放螺帽的内螺纹紧密接触贴合，在静摩擦力的作用下，金属基体和释放螺帽的配合距离保持不变，实现无功耗自锁；
需要进行释放时：
对第一压电陶瓷片组施加第一交流电信号、第二压电陶瓷片组施加第二交流电信号；第一交流电信号使得贴片式压电换能器在方形通孔的第二侧面上发生弯曲振动，激发振动模态A；第二交流电信号使得贴片式压电换能器在方形通孔的第三侧面上发生弯曲振动，激发振动模态B；
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位超前第二交流电信号90度，此时贴片式压电换能器的振动模态A和振动模态B同时被激发，贴片式压电换能器金属基体外螺纹的表面质点产生椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得金属基体旋入释放螺帽内的距离逐渐减少直至为0，此时，释放螺帽脱离金属基体，在浮体的牵引下，探测器和贴片式压电换能器一起上浮；
在浮体大幅度摆动、大角度倾斜的工况下，需要对金属基体旋入释放螺帽内的距离进行补偿时：
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位滞后第二交流电信号90度，此时压电换能器内螺纹的表面质点产生反向椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得金属基体旋入释放螺帽内的距离逐渐增加。
本发明还公开了第三种压电驱动深海释放系统，包括浮体、探测器、压电释放器、连接轴承、第一至第四连接杆、以及锚定重物；
所述浮体用于提供上浮浮力；
所述探测器用于探测、监控海洋；
所述锚定重物用于提供竖直向下重力，起锚定作用，防止深海释放系统受到风、浪、流和海水温度梯度的影响使得锚定位置发生移动；
所述压电释放器包括夹心式压电换能器和释放螺帽；
如图8所示，所述夹心式压电换能器包括预紧螺栓、后梁体、压电陶瓷片模块、前梁体、变幅杆和固定螺杆；
所述前梁体、后梁体为横截面形状相同的正棱柱或圆柱体，前梁体一个端面的中心设有和所示预紧螺栓相匹配的螺纹孔，后梁体一个端面的中心设有和所述预紧螺栓相匹配的沉头通孔；
如图9所示，所述压电陶瓷模块包含第一压电陶瓷组和第二压电陶瓷组，其中，第一压电陶瓷组包含2M个双分区压电陶瓷片，第二压电陶瓷组包含2N个双分区压电陶瓷片，M、N均为大于等于1的自然数；所述双分区压电陶瓷片形状和前梁体的横截面形状相同，中心设有供预紧螺栓穿过的通孔，沿着厚度方向极化，双分区压电陶瓷片的极化分界线为直线，且双分区压电陶瓷片两个分区的极化方向相反；
所述第一压电陶瓷组中2M个双分区压电陶瓷片依次层叠，使得2M个双分区压电陶瓷片的极化分界线共面，相邻双分区压电陶瓷片的极化方向相反；所述第二压电陶瓷组中2N个双分区压电陶瓷片依次层叠，使得2N个双分区压电陶瓷片的极化分界线共面，相邻双分区压电陶瓷片的极化方向相反；
所述第一压电陶瓷组、第二压电陶瓷组层叠，使得第一压电陶瓷组中双分区压电陶瓷片的极化分界线垂直于第二压电陶瓷组中双分区压电陶瓷片的极化分界线；
所述预紧螺栓的螺柱依次穿过所述后梁体的沉头通孔、压电陶瓷模块后和前梁体的螺纹孔螺纹相连，将压电陶瓷模块压紧；
所述变幅杆成圆台状，其端面较大的一端和所述前梁体远离压电陶瓷模块一端同轴固连，变幅杆端面较小的一端和所述固定螺杆的上端同轴固连；
所述后梁体的外壁上还设有和所述连接轴承内圈相匹配的环形凹槽，所述连接轴承内圈的内壁和所述后梁体在其环形凹槽处同轴固连；
所述释放螺帽上端开口、下端封闭；释放螺帽上端和所述固定螺杆的下端螺纹相连，下端和所述第四连接杆的上端铰接；
所述第一连接杆上端和所述浮体铰接，下端和所述探测器铰接；
所述第二、第三连接杆平行设置，其上端均和探测器铰接、下端均和连接轴承的外圈铰接，且第二、第三连接杆和连接轴承外圈的铰接处关于金属基体对称；
所述第四连接杆的下端和所述锚定重物铰接。
本发明还公开了该第三种压电驱动深海释放系统的工作方法，包含以下步骤：
通过锚定重物将压电驱动深海释放系统置于指定位置，此时，固定螺杆的外螺纹与释放螺帽的内螺纹紧密接触贴合，在静摩擦力的作用下，固定螺杆和释放螺帽的配合距离保持不变，实现无功耗自锁；
需要进行释放时：
对第一压电陶瓷片组施加第一交流电信号、第二压电陶瓷片组施加第二交流电信号；第一交流电信号使得夹心式压电换能器在第一压电陶瓷片组中双分区压电陶瓷片极化分界线的垂面上发生弯曲振动，激发振动模态A；第二交流电信号使得夹心式压电换能器第二压电陶瓷片组中双分区压电陶瓷片极化分界线的垂面上发生弯曲振动，激发振动模态B；
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位超前第二交流电信号90度，此时夹心式压电换能器的振动模态A和振动模态B同时被激发，夹心式压电换能器固定螺杆外螺纹的表面质点产生椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得固定螺杆旋入释放螺帽内的距离逐渐减少直至为0，此时，释放螺帽脱离固定螺杆，在浮体的牵引下，探测器和夹心式压电换能器一起上浮；
在浮体大幅度摆动、大角度倾斜的工况下，需要对固定螺杆旋入释放螺帽内的距离进行补偿时：
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位滞后第二交流电信号90度，此时压电换能器内螺纹的表面质点产生反向椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得固定螺杆旋入释放螺帽内的距离逐渐增加。
本发明还公开了第四种压电驱动深海释放系统，包括浮体、探测器、压电释放器、连接轴承、第一至第四连接杆、以及锚定重物；
所述浮体用于提供上浮浮力；
所述探测器用于探测、监控海洋；
所述锚定重物用于提供竖直向下重力，起锚定作用，防止深海释放系统受到风、浪、流和海水温度梯度的影响使得锚定位置发生移动；
所述压电释放器包括夹心式压电换能器和释放螺杆；
如图10所示，所述夹心式压电换能器包括预紧螺栓、后梁体、压电陶瓷片模块、前梁体、变幅杆和固定螺帽；
所述前梁体、后梁体为横截面形状相同的正棱柱或圆柱体，前梁体一个端面的中心设有和所示预紧螺栓相匹配的螺纹孔，后梁体一个端面的中心设有和所述预紧螺栓相匹配的沉头通孔；
所述压电陶瓷模块包含第一压电陶瓷组和第二压电陶瓷组，其中，第一压电陶瓷组包含2M个双分区压电陶瓷片，第二压电陶瓷组包含2N个双分区压电陶瓷片， M、N均为大于等于1的自然数；所述双分区压电陶瓷片形状和前梁体的横截面形状相同，中心设有供预紧螺栓穿过的通孔，沿着厚度方向极化，双分区压电陶瓷片的极化分界线为直线，且双分区压电陶瓷片两个分区的极化方向相反；
所述第一压电陶瓷组中2M个双分区压电陶瓷片依次层叠，使得2M个双分区压电陶瓷片的极化分界线共面，相邻双分区压电陶瓷片的极化方向相反；所述第二压电陶瓷组中2N个双分区压电陶瓷片依次层叠，使得2N个双分区压电陶瓷片的极化分界线共面，相邻双分区压电陶瓷片的极化方向相反；
所述第一压电陶瓷组、第二压电陶瓷组层叠，使得第一压电陶瓷组中双分区压电陶瓷片的极化分界线垂直于第二压电陶瓷组中双分区压电陶瓷片的极化分界线；
所述预紧螺栓的螺柱依次穿过所述后梁体的沉头通孔、压电陶瓷模块后和前梁体的螺纹孔螺纹相连，将压电陶瓷模块压紧；
所述固定螺帽上端封闭，下端开口，且固定螺帽的内螺纹和所述释放螺杆的外螺纹相匹配；
所述变幅杆成圆台状，其端面较大的一端和所述前梁体远离压电陶瓷模块一端同轴固连，变幅杆端面较小的一端和所述固定螺帽的上端同轴固连；
所述后梁体的外壁上还设有和所述连接轴承内圈相匹配的环形凹槽，所述连接轴承内圈的内壁和所述后梁体在其环形凹槽处同轴固连；
所述释放螺杆上端和所述固定螺帽的下端螺纹相连，下端和所述第四连接杆的上端铰接；
所述第一连接杆上端和所述浮体铰接，下端和所述探测器铰接；
所述第二、第三连接杆平行设置，其上端均和探测器铰接、下端均和连接轴承的外圈铰接，且第二、第三连接杆和连接轴承外圈的铰接处关于金属基体对称；
所述第四连接杆的下端和所述锚定重物铰接。
本发明还公开了该第四种压电驱动深海释放系统的工作方法，包含以下步骤：
通过锚定重物将压电驱动深海释放系统置于指定位置，此时，释放螺杆的外螺纹与固定螺帽的内螺纹紧密接触贴合，在静摩擦力的作用下，释放螺杆和固定螺帽的配合距离保持不变，实现无功耗自锁；
需要进行释放时：
对第一压电陶瓷片组施加第一交流电信号、第二压电陶瓷片组施加第二交流电信号；第一交流电信号使得夹心式压电换能器在第一压电陶瓷片组中双分区压电陶瓷片极化分界线的垂面上发生弯曲振动，激发振动模态A；第二交流电信号使得夹心式压电换能器第二压电陶瓷片组中双分区压电陶瓷片极化分界线的垂面上发生弯曲振动，激发振动模态B；
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位超前第二交流电信号90度，此时夹心式压电换能器的振动模态A和振动模态B同时被激发，夹心式压电换能器固定螺杆外螺纹的表面质点产生椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得释放螺杆旋入固定螺帽内的距离逐渐减少直至为0，此时，释放螺杆脱离固定螺帽，在浮体的牵引下，探测器和夹心式压电换能器一起上浮；
在浮体大幅度摆动、大角度倾斜的工况下，需要对释放螺杆旋入固定螺帽内的距离进行补偿时：
调整第一交流电信号、第二交流电信号使得第一交流电信号的时间相位滞后第二交流电信号90度，此时压电换能器内螺纹的表面质点产生反向椭圆运动；借助滑动摩擦力，使得释放螺杆旋入固定螺帽内的距离逐渐增加。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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