[其他]無(wú)障板單向低頻寬帶耐高壓換能器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101985000003008
• 申請(qǐng)日: 1985-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN85103008B
• 公開(kāi)（公告）日: 1988-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳毅鋒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
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不用反聲障板，不加聲相移結(jié)構(gòu)和電延時(shí)網(wǎng)絡(luò)，而是通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x取單元的幅度、相位和間距組成具有Ｐａｓｃａｌ蝸線指向性的陣元，再布陣獲得可在低頻、寬帶工作的較好單向指向性。裝配的六元陣在３～１０ＫＣ實(shí)測(cè)得單向波束，后瓣和旁瓣的最大電平Ｂｓ＜－１３．５ｄｂ，水平開(kāi)角大，靈敏度適中，重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，可承受較高靜水壓力。

本發(fā)明屬于一種水聲用單向指向性換能器。

在為定向、測(cè)距這樣一些實(shí)用檢測(cè)目的而設(shè)計(jì)的換能器中，指向性是一個(gè)重要的問(wèn)題，單向指向性特別地受到重視。單向指向性換能器在作發(fā)射器使用時(shí)，可以把能量集中到所需要的方向，提高輻射功率的有效使用率;在作接收器時(shí)能抑制干擾，改善信噪比，提高系統(tǒng)的增益。

為了獲得單向波束，美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室的G.M.Sessler和L.E.West提出給換能器附加聲學(xué)相移結(jié)構(gòu)（見(jiàn)J·A·S·A·Val53，NO6（1973），日本人KOJI NaGA-SAWA等人在電路上進(jìn)行延時(shí)處理（見(jiàn)IEEE Transactions on Antennas and Propagation，1976.7）。在國(guó)內(nèi)外也有用反聲、吸聲及阻性襯墊聲學(xué)材料或用（軟的或硬的）反聲障板以獲得單向性波束。但是，為使換能器具有單向性而采取的這些措施都存在一定的缺陷。一般說(shuō)來(lái)，障板的尺寸大于傳播介質(zhì)中工作頻率下的波長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)才具有指向性。因此，在低頻使用的時(shí)候就要將障板做得既大且笨重。在換能器的使用中，為減小附加在換能器上的障板所帶來(lái)的相移影響，障板表面的不平整度要求限制在0.5mm之內(nèi)。這給機(jī)械加工及裝配帶來(lái)困難。現(xiàn)代核潛艇能夠在500米水深以下長(zhǎng)時(shí)間地潛航，而在這么高的靜水壓力下，目前所采用的軟障板及聲學(xué)材料都要失敗。硬障板有重量太重的問(wèn)題，影響使用。至于用電延時(shí)和聲學(xué)移相處理的辦法使工藝復(fù)雜化并且提高了成本。特別應(yīng)當(dāng)指出：用上述辦法獲得的單向性與寬頻帶不能同時(shí)滿足。它們都是窄帶工作，窄帶在工程應(yīng)用中用途有限。

本發(fā)明的目的〈＆＆〉合成有指向性的陣元，再用這種陣元布陣使換能器獲得單向性指向性。這樣就克服了前述辦法中存在的缺陷。

本發(fā)明換能器的陣元由三個(gè)靈敏單元組成，具有Pascal蝸線指向性。由于在不同的頻率下工作時(shí)Pascal蝸線可以變?yōu)榘鰻罹€、心臟線、蚶形線，可以達(dá)到在較寬的工作頻帶上具有單向性的結(jié)果。這樣，本發(fā)明不用通常所用的加軟或硬的障板，也不加反聲、吸聲和阻性聲學(xué)材料，不用電延時(shí)網(wǎng)絡(luò)和聲學(xué)移相結(jié)構(gòu)，而是靠自身的結(jié)構(gòu)，通過(guò)選用無(wú)指向性單元的幅度、相位及諸元間距控制指向性，獲得切合需要的低頻寬帶耐高壓?jiǎn)蜗蛐該Q能器。

本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕便、易于加工和裝配、造價(jià)低的特點(diǎn)。其重量?jī)H為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)換能器的１/６，能夠在80大氣壓的靜水壓力下工作。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明換能器的陣元剖面結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的換能器陣元的電聯(lián)接圖。

圖3為本發(fā)明換能器的結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明換能器的電聯(lián)接圖。

圖5、6為本發(fā)明的陣元的垂直指向性圖。

圖7為本發(fā)明的陣元的水平指向性圖。

圖8到圖14為本發(fā)明的〈＆＆〉的垂直指向性圖。

本發(fā)明提出的無(wú)〈＆＆〉，（5）、（6）為玻璃鋼定位塊，（7）為定位片，（8）為屏蔽網(wǎng)，（9）為屏蔽網(wǎng)托架，（10）為JA-25^＃聚氨脂橡膠，（11）為屏蔽輸出電纜。（12）、（13）和（14）為陣元TR₁的靈敏單元，（12）和（14）等幅，（13）為（12）和（14）之和，其電氣聯(lián)接為（14）與（12）、（13）反相。其電聯(lián)接如圖2示，即（13）作輻射器，（12）作引向器，（14）作反射器。在裝配時(shí)將諸件交接部分涂一層環(huán)氧樹(shù)脂膠在（1）上同心迭裝，用（2）壓緊，膠固化后便成一體。由（12）、（13）、（14）這三個(gè)單元組合的系統(tǒng)在極坐標(biāo)中指向性的表達(dá)式為：

R（θ）＝1/A+2B〔A+2Bsin（2πd/2cosθ）〕