一种小型化压电主动降噪单元

本发明涉及水声工程研究，具体涉及一种小型化压电主动降噪单元。

背景技术：

1、声学单元可以利用声波对水下目标进行探测、识别以及定位或者进行水下通信和资源发掘，对水下的探测、识别、通信以及海洋环境监测和海洋资源开发等领域都有着极大的应用价值。压电材料具有高的机电耦合系数，即高转换效率；具有良好的灵敏度和分辨率；可以工作在宽频带和高频率范围内；结构简单，制作方便，价格便宜，寿命长等。

2、近年来，“锆钛酸铅”(pzt)、“钛酸铅”(pt)和“铌镁酸铅”(pmn)等压电材料作为活性材料被广泛用于水下声学单元。压电陶瓷可以通过其电信号来检测并显示出非常微小的机械振动，灵敏度高，因此被广泛应用于声纳检测、气象检测、遥测环保等实际场合。

3、随着向深海、远洋、极地等极端复杂海况的迈进，水下设备对传感器和作动器等声学单元存在严苛的应用要求，例如耐高压、宽频带和耐腐蚀。传统cymbal结构的夹层结构通过一层薄薄的胶水连接，这大大降低了其能量转换效率(电能-机械能-声能转换)，并且结构强度较低。

技术实现思路

1、本发明提供了一种小型化压电主动降噪单元，在传统cymbal结构的基础上，该小型化压电主动降噪单元改进了夹层结构的连接方式，降低了谐振频率，提高了结构稳定性、能量转换效率、耐腐蚀和耐高压性能，使其满足在水下的工作需求。

2、本发明采用以下具体技术方案：

3、一种小型化压电主动降噪单元，该小型化压电主动降噪单元为轴对称结构，并包括两个螺杆、两个端盖、圆盘、圆环以及多个绝缘螺钉；

4、所述端盖和所述圆环均采用黄铜制成，两个所述端盖对称安装于所述圆环的两端，并且所述端盖与所述圆环通过沿所述圆环的周向分布的所述绝缘螺钉固定连接在一起；

5、所述圆盘采用压电材料制成，并过盈配合于所述圆环的内孔中；所述圆盘与所述圆环之间绝缘；在所述圆盘与每个所述端盖之间均形成空腔；

6、在每个所述端盖的外侧面中心焊接有一个所述螺杆，用于通过所述螺杆降低共振频率；

7、工作时，该小型化压电主动降噪单元在电场激励下，所述圆盘径向收缩，作为机械转换装置作用于所述圆环，所述圆环带动所述端盖进行振动，将所述圆盘的径向位移和振动速度转换成所述端盖的轴向位移和轴向振动速度。

8、更进一步地，在所述圆盘与所述圆环之间夹设有绝缘材料。

9、更进一步地，所述绝缘材料为绝缘纸。

10、更进一步地，所述圆盘采用压电陶瓷材料制成。

11、更进一步地，在所述圆盘与所述端盖之间形成截面形状为等腰梯形的空腔，并且等腰梯形在所述圆盘一侧的边长大于在所述螺杆一侧的边长。

12、更进一步地，所述圆盘通过热胀冷缩的方式安装于所述圆环的内孔中。

13、更进一步地，所述绝缘螺钉采用塑料材质。

14、更进一步地，该小型化压电主动降噪单元的直径为80mm，轴向高度为48mm；

15、所述空腔的轴向深度为5mm。

16、更进一步地，所述圆盘的直径为60mm，厚度为6mm；

17、所述圆环的内径为60mm、外径为80mm、厚度为6mm；

18、所述端盖的壁厚为1mm；

19、所述螺杆的直径为8mm、轴向长度为15mm。

20、更进一步地，所述螺杆的外端部固定连接有用于形成嵌入式面板结构的盖板，所述盖板用于提高发射声压和频率带宽。

21、有益效果：

22、1、在传统cymbal三明治结构的基础上，本发明的小型化压电主动降噪单元采用黄铜的圆环代替现有胶层，以提高能量转换效率，同时黄铜具有延展性好的特点，使其受压的时候不容易产生结构损伤。

23、2、本发明的小型化压电主动降噪单元中，压电陶瓷等压电材料的圆盘通过热胀冷缩放入圆环的内孔中，并在圆盘与圆环之间夹有绝缘纸等绝缘材料，以增加其强度，同时保证结构配合的稳定性。

24、3、将螺杆焊接到黄铜的端盖上，通过螺杆增加整体质量的方式能够降低其共振频率；螺杆除了增加整体质量之外，还可在螺杆的外端部固定连接有用于形成嵌入式面板结构的盖板，通过盖板提高发射声压和频率带宽。

25、4、通过端盖与圆盘之间的空腔可以减少小型化压电主动降噪单元因应力集中而产生的结构疲劳。

26、5、圆盘和圆环的结构参数对共振频率有较大的影响，因此，通过改变圆盘和圆环的结构参数能够调节共振频率。

27、6、本发明的小型化压电主动降噪单元能够有效降低谐振频率，提高结构稳定性、能量转换效率、耐腐蚀和耐高压性能，使其满足在水下的工作需求；在静水压力下测试时，本发明的小型化压电主动降噪单元能承受2.5mpa(相当于250米的水深)的压力。

技术特征：

1.一种小型化压电主动降噪单元，其特征在于，该小型化压电主动降噪单元为轴对称结构，并包括两个螺杆、两个端盖、圆盘、圆环以及多个绝缘螺钉；

2.如权利要求1所述的降噪单元，其特征在于，在所述圆盘与所述圆环之间夹设有绝缘材料。

3.如权利要求2所述的降噪单元，其特征在于，所述绝缘材料为绝缘纸。

4.如权利要求1所述的降噪单元，其特征在于，所述圆盘采用压电陶瓷材料制成。

5.如权利要求1所述的降噪单元，其特征在于，在所述圆盘与所述端盖之间形成截面形状为等腰梯形的空腔，并且等腰梯形在所述圆盘一侧的边长大于在所述螺杆一侧的边长。

6.如权利要求1所述的降噪单元，其特征在于，所述圆盘通过热胀冷缩的方式安装于所述圆环的内孔中。

7.如权利要求1所述的降噪单元，其特征在于，所述绝缘螺钉采用塑料材质。

8.如权利要求1所述的降噪单元，其特征在于，该小型化压电主动降噪单元的直径为80mm，轴向高度为48mm；

9.如权利要求8所述的降噪单元，其特征在于，所述圆盘的直径为60mm，厚度为6mm；

10.如权利要求1-9任一项所述的降噪单元，其特征在于，所述螺杆的外端部固定连接有用于形成嵌入式面板结构的盖板，所述盖板用于提高发射声压和频率带宽。

技术总结本发明公开了一种小型化压电主动降噪单元，该小型化压电主动降噪单元为轴对称结构，包括两个螺杆、两个端盖、圆盘、圆环以及多个绝缘螺钉；端盖和圆环均采用黄铜制成，两个端盖对称安装于圆环的两端，并且端盖与圆环通过沿圆环的周向分布的绝缘螺钉固定连接在一起；圆盘采用压电材料制成，并过盈配合于圆环的内孔中；圆盘与圆环之间绝缘；在圆盘与每个端盖之间均形成空腔；在每个端盖的外侧面中心焊接有一个螺杆，用于通过螺杆降低共振频率。上述小型化压电主动降噪单元降低了谐振频率，提高了结构稳定性、能量转换效率、耐腐蚀和耐高压性能，使其满足在水下的工作需求。技术研发人员：王文杰,杨龙,李濠君,向粤,赵旭受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/4/24