一种星型宽带通讯换能器

技术领域

本发明属于水声换能器和水声技术领域，具体涉及一种星型宽带通讯换能器。

背景技术

声波是一种在液体、固体中远距传播的能量载体。利用声信号在媒介中的传播特性，人类可获得液体、固体的相关特性信息，这为人类认识海洋、开发海洋、石油勘探等提供了一种有效手段。

21世纪是海洋的世纪，水声换能器是认识海洋的重要手段，在水声通信、探测、海洋深水研究领域都有广泛应用。目前各大海洋资源国家对海洋资源和海洋领土的重视前所未有，深海开发技术已经成为热点，这就要求水声换能器能够在深水条件下工作。换能器作为一种声波信号产生的装置，在水声领域，有着重要的作用。而随着人类对海洋等复杂环境领域研究的深入，对换能器的要求也在提高。为了信息传输量的增大，抗多途效应和响应快，都需要换能器的带宽增加。

单一的星型换能器具有结构可靠，较大功率，水平全指向性等特性，传统的星型换能器具有较高的发射电压响应，水平全指向性，较高的电声效率，结构可靠等特点，但是，传统的星型换能器的工作带宽窄，在水声通讯和水下组网等领域具有一定的局限性，无法拓展工作带宽；由于声发射的工作带宽较窄，从而影响了水下通信信息的高速传递、信息保真。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的星型换能器存在上述缺陷，本发明提出了一种星型宽带通讯换能器，通过多个不同工作谐振频率的换能器进行组合的工作方式，实现工作带宽的拓展。

为了实现上述目的，本发明提供了一种星型宽带通讯换能器，其特征在于，其包括：上端盖、下端盖、中心连接螺杆和多个不同工作谐振频率的星型换能器；

上端盖的中部开设电缆插座孔，上端盖和下端盖相对放置，且上端盖位于下端盖之上，中心连接螺杆位于上端盖和下端盖之间，并通过中心连接螺杆将上端盖和下端盖固定在一起；多个不同谐振频率的星型换能器堆叠在一起，并位于上端盖和下端盖之间。

作为上述技术方案的改进之一，所述多个星型换能器为两个或大于两个星型换能器堆叠而成。

作为上述技术方案的改进之一，所述多个星型换能器为两个，其具体包括：高频换能器和低频换能器；所述高频换能器与低频换能器堆叠靠近的两个面之间和纵向缝隙间填充聚氨酯胶片或硬质泡沫塑料。

作为上述技术方案的改进之一，所述高频换能器包括：多个高频辐射头、多个高频压电陶瓷堆、高频后质量块和多个高频预应力螺栓；

高频后质量块呈多边形结构，每个高频辐射头的内壁对应地与高频后质量块的每个面相对设置，且二者之间设置高频压电陶瓷堆，并通过高频预应力螺栓穿过开设在高频辐射头上的圆孔和开设在高频压电陶瓷堆上的中心孔，基于高频预应力螺栓所施加的预紧力，将高频辐射头和高频压电陶瓷堆紧固；将高频换能器放置在80℃烘箱中烘4小时以上，环氧固化。

作为上述技术方案的改进之一，所述高频辐射头的外面呈弧面状结构，其内壁为平面状结构。

作为上述技术方案的改进之一，所述高频压电陶瓷堆是由多个压电陶瓷片和电极堆叠在一起，形成圆柱状结构；其中，多个压电陶瓷片和电极之间涂覆环氧，压电陶瓷片间的电极采用电学并联方式。

作为上述技术方案的改进之一，所述高频换能器可电学并联工作，实现全指向发射，或者高频换能器的压电陶瓷堆施加不同的幅值或相位电压，实现单指向性发射。

作为上述技术方案的改进之一，所述低频换能器包括：多个低频辐射头、多个低频压电陶瓷堆、低频后质量块和多个低频预应力螺栓；

低频后质量块呈多边形结构，每个低频辐射头的内壁对应地与低频后质量块的每个面相对设置，且二者之间设置低频压电陶瓷堆，并通过低频预应力螺栓穿过开设在低频辐射头上的圆孔和开设在低频压电陶瓷堆上的中心孔，基于低频预应力螺栓所施加的预紧力，将低频辐射头和低频压电陶瓷堆紧固；将低频换能器放置在80℃烘箱中烘4小时以上，环氧固化。

作为上述技术方案的改进之一，所述低频压电陶瓷堆是由多个压电陶瓷片和电极堆叠在一起，形成圆柱状结构；其中，多个压电陶瓷片和电极之间涂覆环氧，压电陶瓷片间的电极采用电学并联方式。

作为上述技术方案的改进之一，中心连接螺杆分别设置在高频星型换能器中的高频后质量块和设置在低频星型换能器中的低频后质量块，中心连接螺杆的两端涂覆环氧胶分别固定在上端盖和下端盖上，最终对所述星型宽带通讯换能器灌注水密聚氨酯胶，放置在80℃烘箱中烘4小时以上，进行固化。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明的星型宽带通讯换能器克服了传统星型换能器工作带宽窄的缺点，利用不同工作频段的星型换能器堆叠复合结构实现宽带工作；通过多个不同工作频率的换能器进行组合的工作方式，实现工作带宽的拓展。

附图说明

图1是本发明的一种星型宽带通讯换能器的剖视图；

图2是本发明的一种星型宽带通讯换能器的高频换能器的结构示意图；

图3是本发明的一种星型宽带通讯换能器的低频换能器的结构示意图；

图4是本发明的一种星型宽带通讯换能器的高频换能器和低频换能器的带宽展宽响应示意图。

附图标记：

1、高频辐射头 2、高频压电堆

3、高频后质量块 4、高频预应力螺杆

5、低频辐射头 6、低频压电堆

7、低频后质量块 8、低频预应力螺杆

9、上端盖 10、中心连接螺杆

11、下端盖 12、水密聚氨酯胶

13、电缆插座孔

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种星型宽带通讯换能器，其包括：上端盖9、下端盖11、中心连接螺杆10和多个不同谐振频率的星型换能器；

上端盖9的中部开设电缆插座孔，上端盖9和下端盖11相对放置，且上端盖9位于下端盖11之上，通过中心连接螺杆10位于上端盖9与下端盖11之间，并位于星型宽带通讯换能器，并通过中心连接螺杆10将上端盖9和下端盖11固定在一起；多个不同工作谐振频率的星型换能器堆叠在一起，并位于上端盖9和下端盖11之间。其中，上端盖9的顶部开设圆柱形凹槽，凹槽的中部开设电缆插座孔，上端盖9的底部向外凸出，形成凸起的圆台；上端盖9的直径大于下端盖11的直径。上端盖9的底部增设的向外凸出的凸起的圆台的底部开设凹槽，与下端盖11的顶部开设的凹槽相对应，中心连接螺杆10的两端分别插入对应的凹槽上，将上端盖9和下端盖11固定在一起。

所述多个星型换能器为两个或大于两个星型换能器堆叠而成，实现大功率工作和远距离通讯；其中，每个星型换能器具有不同的工作谐振频率，通过调节压电陶瓷直径，厚度，辐射面和后质量块的尺寸，实现各个星型换能器工作在不同的工作谐振频率；具体地，利用两个直径相同和接近，谐振频率相差2-4kHz的星型换能器，通过各自工作带宽的叠加，实现换能器工作带宽的拓展。

每个星型换能器中的压电陶瓷堆可电学并联工作，实现全指向发射，或者每个星型换能器中的压电陶瓷堆施加不同的幅值或相位电压，实现单指向性发射。

在本实施例中，所述多个星型换能器为两个，其具体包括：高频换能器和低频换能器堆叠靠近的两个面之间和纵向缝隙间填充聚氨酯胶片或硬质泡沫塑料。

如图2所示，所述高频换能器包括：多个高频辐射头1、多个高频压电陶瓷堆2、高频后质量块3和多个高频预应力螺栓4；在本实施例中，高频辐射头1为6个，高频压电陶瓷堆2为6个；高频预应力螺栓4为6个，高频后质量块为1个；

高频后质量块3呈多边形结构，每个高频辐射头1的内壁对应地与高频后质量块3的每个面相对设置，且二者之间设置高频压电陶瓷堆2，并通过高频预应力螺栓4穿过开设在高频辐射头1上的圆孔和开设在高频压电陶瓷堆2上的中心孔，基于高频预应力螺栓4所施加的预紧力，将高频辐射头1和高频压电陶瓷堆2紧固；将高频换能器放置在80℃烘箱中烘4小时以上，环氧固化。

其中，每个高频辐射头1的外面呈弧面状结构，其内壁为平面状结构。

其中，高频压电陶瓷堆2是由多个压电陶瓷片堆叠在一起，形成圆柱状结构；其中，多个压电陶瓷片之间涂覆环氧，压电陶瓷片间的电极采用电学并联方式。其中，多个压电陶瓷片之间涂覆环氧。

所述高频压电陶瓷堆2可电学并联工作，实现全指向发射，或者高频压电陶瓷堆2施加不同的幅值或相位电压，实现单指向性发射。

如图3所示，所述低频换能器包括：多个低频辐射头5、多个低频压电陶瓷堆6、低频后质量块7和多个低频预应力螺栓8；在本实施例中，低频辐射头5为6个，低频压电陶瓷堆6为6个；低频预应力螺栓8为6个，低频后质量块为1个；

低频后质量块7呈多边形结构，每个低频辐射头5的内壁对应地与低频后质量块7的每个面相对设置，且二者之间设置低频压电陶瓷堆6，并通过低频预应力螺栓8穿过开设在低频辐射头5上的圆孔和开设在低频压电陶瓷堆6上的中心孔，基于低频预应力螺栓8所施加的预紧力，将低频辐射头5和低频压电陶瓷堆6紧固；将低频换能器放置在80℃烘箱中烘4小时以上，环氧固化。

其中，每个低频辐射头5的外面呈弧面状结构，其内壁为平面状结构。

其中，低频压电陶瓷堆6是由多个压电陶瓷片堆叠在一起，形成圆柱状结构；其中，多个压电陶瓷片之间涂覆环氧，压电陶瓷片间的电极采用电学并联方式。其中，多个压电陶瓷片之间涂覆环氧。

所述低频压电陶瓷堆6可电学并联工作，实现全指向发射，或者低频压电陶瓷堆6施加不同的幅值或相位电压，实现单指向性发射。

在本实施例中，中心连接螺杆10分别设置在高频星型换能器中的高频后质量块3和设置在低频星型换能器中的低频后质量块7，中心连接螺杆10的两端分别固定在上端盖9和下端盖11上，并灌注水密聚氨酯胶12，进行固化。具体地，多个堆叠在一起的星型换能器和下端盖11的外圆周壁上灌注水密聚氨酯胶12，并与上端盖9一起进行固化。

在其他具体实施例中，所述多个星型换能器的数目大于两个，多个星型换能器堆叠在一起，通过增加堆叠的星型换能器的数量，实现更大功率，更远距通讯的声发射。

在本实施例中，所述每个星型换能器也可做接收使用。

如图4所示，图4为星型宽带通讯换能器带宽展宽的发送电压响应示意图，f1代表低频星型换能器谐振峰，f2代表高频星型换能器谐振峰。图中响应曲线中间的左右两个虚线交叉曲线，分别代表低频换能器单独工作的发送电压响应曲线的高频部分和高频换能器单独工作的发送电压响应曲线的低频部分，低频和高频换能器二者堆叠工作后，抬升了二者间交叉部分的发送电压响应值，实现了工作带宽的展宽。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。