控制预紧力的换能器阵元成型装置及操作方法与流程

1.本发明涉及水声工程技术，具体地，涉及控制预紧力的换能器阵元成型装置及操作方法。


背景技术：

2.水声领域中，换能器基阵作为声纳的核心部件，其制作工艺步骤往往需要严格的把控，而换能器基阵一般需要大量的阵元布阵完成，常规纵阵子由于便与制作，可靠性高，目前广泛应用于各类换能器基阵的布阵中。而纵阵子的装配一般由手工装配完成，由于其数量多，并且目前难以实现自动化装配，人为参与的步骤太多，导致阵元一致性往往得不到保证，从而导致产品合格率下降。
3.以往在制作换能器纵阵子时，我们将换能器阵子的后盖板，压电陶瓷元件，电极片，阵子前盖板均匀涂抹胶水，用螺杆将上述零件拧紧固定，通过夹具将阵子排列整齐，通过对螺杆手工施加预紧力来微调阵元频率，在对胶水进行固化后，得到布阵所需阵元。此过程由于所有步骤手工完成，不可控因素较多，如：
4.阵元数量较大时，施加的预紧力由于换人操作，长时间疲劳操作导致预紧力一致性下降；胶水固化所需时间较长，胶水固化后阵元频率固定无法修改，导致产品成本的提高；无法得知阵元预紧力导致全凭经验操作，在换一个产品操作时导致工艺没有继承性；基于这些因素，本发明寻求设计一种装置，用于优化换能器阵元的成型步骤，同时减小换能器阵元制作时的人为干预，来保证产品的一致性，提高工作产量及成品率。
5.专利文献cn208738304u提供了一种压电陶瓷换能器素坯的制备装置，包括计算机控制器、投射装置、容器和成型平台；所述计算机控制器分别与所述投射装置、所述成型平台电连接；所述成型平台上设有用于支撑成型素坯的可上下移动的支撑底座，所述支撑底座始终位于所述投射装置的图像投射范围内。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种控制预紧力的换能器阵元成型装置及操作方法。
7.根据本发明提供的一种控制预紧力的换能器阵元成型装置，包括：主体支架、推力计传感器、推力计控制器、阵元安装底座以及换能器纵阵子阵元；
8.所述主体支架上安装推力计传感器和阵元安装底座，所述推力计传感器连接所述推力计控制器；
9.所述推力计传感器一端连接阵元安装底座，另一端通过推力杆沿轴向推动；
10.所述换能器纵阵子阵元安装在所述阵元安装底座上；
11.所述换能器纵阵子阵元安装在阵元安装底座和主体支架之间，当所述推力杆对推力计传感器和阵元安装底座施加推力后对所述换能器纵阵子阵元施加预紧力；
12.推力计传感器、阵元安装底座、换能器纵阵子阵元以及推力杆安装在同一直线上。
13.优选地，所述推力计传感器背向阵元安装底座一端安装在传感器固定板上；
14.所述传感器固定板背向所述推力计传感器一侧连接推力挡板。
15.优选地，所述主体支架中部设置为柱状的导向底座，所述导向底座两端垂直向一侧分别延伸出第一挡块和第二挡块。
16.优选地，所述导向底座上设置第一凹槽和第二凹槽；
17.所述第一凹槽内安装第一限位板，所述第二凹槽内安装第二限位板。
18.优选地，所述推力挡板和所述传感器固定板固定连接所述第一限位板；
19.所述阵元安装底座固定连接所述第二限位板；
20.所述阵元安装底座镀覆特氟龙。
21.优选地，所述推力杆穿过第一挡块并通过所述第一挡块支撑；
22.所述推力杆一端连接所述推力挡板。
23.优选地，所述换能器纵阵子阵元包括：阵元前盖板、压电元件、电极片以及阵元后盖板；
24.所述阵元前盖板和所述阵元后盖板之间安装压电元件；
25.所述压电元件设置有多个，相邻所述压电元件之间安装所述电极片。
26.优选地，所述阵元安装底座上设置前端卡位槽和后端卡位槽；
27.所述阵元前盖板安装在前端卡位槽中，所述前端卡位槽形状与所述阵元前盖板相适配；
28.所述压电元件、电极片以及阵元后盖板安装在所述后端卡位槽内，所述后端卡位槽形状与压电元件、电极片以及阵元后盖板相适配；
29.所述阵元前盖板、压电元件、电极片以及阵元后盖板通过所述前端卡位槽和后端卡位槽实现同轴心。
30.优选地，所述阵元后盖板紧贴所述第二挡块；
31.所述阵元后盖板中心设置沉孔，所述第二挡块设置成型预紧力过孔；
32.所述沉孔内放置应力螺杆，所述应力螺杆将阵元前盖板、压电元件、电极片以及阵元后盖板连接。
33.优选地，一种所述控制预紧力的换能器阵元成型装置的操作方法，包括以下步骤：
34.步骤s1，将所述换能器纵阵子阵元放入阵元安装底座，并将换能器纵阵子阵元摆放整齐；
35.步骤s2，对所述换能器纵阵子阵元通过推力杆施加安装预紧力；
36.步骤s3，当安装预紧力达到预设值并稳定后，用常规扭力扳手设置固定值；
37.步骤s4，扭力扳手通过成型预紧力过孔，再对应力螺杆进行紧固，此时扭力扳手的固定值加推力计控制器显示的数值，即为阵元预紧力，通过推力计控制器控制阵元预紧力，即可调节并控制所述换能器纵阵子阵元的频率。
38.优选地，所述前端卡位槽和后端卡位槽设置为半圆柱形，所述后端卡位槽根据压电元件、电极片以及阵元后盖板直径设置有不同直径段。
39.优选地，所述推力计传感器采用s型测力计传感器。
40.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
41.1、本发明使阵元装配中零件的排列更为便捷，可实现快速安装，无需对阵元零件
的排列设计额外夹具；
42.2、本发明可监控换能器纵阵子阵元装配时的螺杆预紧力，提高了产品一致性及合格率，从而降低损耗，节约产品成本；
43.3、本发明中，装置将施力中心，传感器采样中心，阵元预紧力加力中心布于一直线，使装置对阵元施加的预紧力更加准确；
44.4、本发明通过更换阵元安装底座适配大多数换能器纵阵子阵元的安装，适用性广。
附图说明
45.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
46.图1为换能器阵元成型装置立体结构示意图；
47.图2为换能器阵元成型装置剖视图；
48.图3为阵元安装底座和换能器纵阵子阵元剖视图；
49.图中所示：
50.具体实施方式
51.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
52.实施例1
53.如图1所示，本实施例包括：主体支架1、推力计传感器2、推力计控制器3、阵元安装底座4以及换能器纵阵子阵元5；主体支架1上安装推力计传感器2和阵元安装底座4，推力计传感器2连接推力计控制器3，推力计传感器2一端连接阵元安装底座4，另一端通过推力杆7沿轴向推动，换能器纵阵子阵元5安装在阵元安装底座4上，换能器纵阵子阵元5安装在阵元安装底座4和主体支架1之间，当推力杆7对推力计传感器2和阵元安装底座4施加推力后对
换能器纵阵子阵元5施加预紧力，推力计传感器2、阵元安装底座4、换能器纵阵子阵元5以及推力杆7安装在同一直线上。
54.如图2所示，推力计传感器2背向阵元安装底座4一端安装在传感器固定板9上，传感器固定板9背向推力计传感器2一侧连接推力挡板8。主体支架1中部设置为柱状的导向底座6，导向底座6两端垂直向一侧分别延伸出第一挡块和第二挡块。导向底座6上设置第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽内安装第一限位板11，第二凹槽内安装第二限位板12。推力挡板8和传感器固定板9固定连接第一限位板11，阵元安装底座4固定连接第二限位板12，阵元安装底座4镀覆特氟龙。推力杆7穿过第一挡块并通过第一挡块支撑，推力杆7一端连接推力挡板8。
55.如图3所示，换能器纵阵子阵元5包括：阵元前盖板13、压电元件14、电极片15以及阵元后盖板16；阵元前盖板13和阵元后盖板16之间安装压电元件14，压电元件14设置有多个，相邻压电元件14之间安装电极片15。阵元安装底座4上设置前端卡位槽18和后端卡位槽19，阵元前盖板13安装在前端卡位槽18中，前端卡位槽18形状与阵元前盖板13相适配，压电元件14、电极片15以及阵元后盖板16安装在后端卡位槽19内，后端卡位槽19形状与压电元件14、电极片15以及阵元后盖板16相适配，阵元前盖板13、压电元件14、电极片15以及阵元后盖板16通过前端卡位槽18和后端卡位槽19实现同轴心。阵元后盖板16紧贴第二挡块，阵元后盖板16中心设置沉孔，第二挡块设置成型预紧力过孔10，沉孔内放置应力螺杆17，应力螺杆17将阵元前盖板13、压电元件14、电极片15以及阵元后盖板16连接。
56.本实施例还提供一种成型装置的操作方法，包括以下步骤：步骤s1，将换能器纵阵子阵元5放入阵元安装底座4，并将换能器纵阵子阵元5摆放整齐；步骤s2，对换能器纵阵子阵元5通过推力杆7施加安装预紧力；步骤s3，当安装预紧力达到预设值并稳定后，用常规扭力扳手设置固定值；步骤s4，扭力扳手通过成型预紧力过孔10，再对应力螺杆17进行紧固，此时扭力扳手的固定值加推力计控制器3显示的数值，即为阵元预紧力，通过推力计控制器3控制阵元预紧力，即可调节并控制换能器纵阵子阵元5的频率。
57.实施例2
58.实施例2作为实施例1的优选例。
59.如图1所示，本实施例主要包括：主体支架1、推力计控制器3、阵元安装底座4三部分。使用时通过推力杆7对换能器纵阵子阵元5施加预紧力，并通过监测推力计控制器3显示的推力来实现对阵元频率的控制。
60.如图2所示，在本实施例中，主体支架1长宽高约350mm
×
56mm
×
90mm，材料为不锈钢，主体支架1主要包括：导向底座6、推力杆7、推力挡板8、传感器固定板9、第一限位板11以及第二限位板12。其中推力挡板8和传感器固定板9通过四个m4螺钉固定，推力杆7牙粗m16
×
4，其穿过导向底座6并作用于推力挡板8。传感器固定板9与阵元安装底座4之间通过两个m12的螺丝固定推力计传感器2。推力挡板8、传感器固定板9、阵元安装底座4、第一限位板11以及第二限位板12分别通过m5螺丝固定于导向底座6。
61.推力计传感器2采用便于安装的s型测力计传感器，并传输推力信号到外置数显推力计控制器3，推力计控制器3量程为10吨，并可通过r232接口或usb接口将采样数据传输给电脑进行分析，以更好地监控装置对换能器纵阵子阵元5施加的预紧力。
62.如图3所示，阵元安装底座4可根据声学设计的不同尺寸的换能器纵阵子阵元5进
行更换适配，阵元安装底座4采用半开放式设计，后端卡位槽19与电极片15的尺寸相适配，以保证当未成型的换能器纵阵子阵元5放入其中后，电极片15可排列整齐。前端卡位槽18尺寸适配阵元前盖板13尺寸，后端卡位槽19适配阵元后盖板16尺寸，本实施例中，压电元件14尺寸与阵元后盖板16尺寸一致，故只有两段卡位槽，当压电元件14尺寸与阵元后盖板16尺寸不一致时，可另添加卡位槽尺寸，以保证换能器纵阵子阵元5放入阵元安装底座4时，阵元前盖板13、压电元件14、电极片15以及阵元后盖板16均置于相应的槽内并同轴。阵元安装底座4全部镀覆特氟龙，在装置每次使用过后可以轻易将胶抹去，保持装置整洁。
63.在本实施例中，在将换能器纵阵子阵元5放入阵元安装底座4，并将其摆放整齐后，对其通过推力杆7施加安装预紧力，安装预紧力通过阵元安装底座4作用于阵元前盖板13，阵元后盖板16紧贴导向底座6，阵元后盖板16中心有沉孔放置应力螺杆17，在制作阵元时，当安装预紧力达到预设值并稳定后，用常规扭力扳手设置固定值，通过成型预紧力过孔10，再对应力螺杆17进行紧固，此时扭力扳手的固定值加推力计控制器3显示的数值，即为阵元预紧力，通过控制阵元预紧力，即可调节并控制阵元的频率。操作过程中，推力杆施力中心，传感器采样中心，阵元预紧力加力中心布于一直线。
64.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
65.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
66.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。