[發明專利]一種寬帶寬波束縱振換能器

無效

• 申請號: 200910153744.6
• 申請日: 2009-11-05
• 公開（公告）號: CN101699559A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 郝浩琦;夏鐵堅;杜紀新;唐良雨;謝民
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G10K9/12
• 分類號: G10K9/12;G01S7/521
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

技術領域

本發明主要涉及水聲換能器領域，主要是一種寬帶寬波束縱振換能器。

背景技術

在海洋探測和海洋開發活動中，普遍采用以聲波作為檢測手段的海洋儀器。在種類繁多的海洋儀器中，一般都希望水下聲基陣具有大角度波束掃描的能力，以盡可能的擴大其探測范圍。以最具代表性的是多波束測深系統為例，其相比傳統測深系統的顯著優勢在于，其工作時發射和接收多個不同指向角的波束，形成一個扇形聲傳播區，通過計算單個波束的波束中心以及某一點回波的斜距，從而得到多個水深點數據，能對測區進行全范圍無遺漏掃測，極大的提高了海底測繪的效率和精度。國際上主流的第三代深水多波束測深系統，標稱水平覆蓋范圍達到垂直水深的5～6倍，扇面角最大可達150度，這對水下聲基陣提出了較高的要求。為在較大的扇面角里實現大角度波束掃描，陣上的陣元必須要有足夠寬的指向性，才能保證主波束偏轉到邊緣角度時，接收靈敏度級不會下降太多；另外，只有陣元的指向性達到一定的寬度時才能保證主波束偏離角(信號延遲相位角與聲場實際波束轉動角之間的差異)比較小，從而實現覆蓋整個扇面角的波束掃描。

發明內容

本發明要解決上述現有技術的缺點，提供一種有寬頻帶工作性能，較小的體積和重量，便于成陣使用的寬帶寬波束縱振換能器。

本發明解決其技術問題采用的技術方案：這種寬帶寬波束縱振換能器，主要包括前蓋板、后蓋板和陶瓷晶堆，陶瓷晶堆固定于前蓋板上，后蓋板與前蓋板相配合，后蓋板壓于陶瓷晶堆上并向前蓋板處延伸，形成后蓋板延伸段，后蓋板延伸段包在陶瓷晶堆外，后蓋板延伸段靠近前蓋板處斜向伸出，形成后蓋板裙邊，后蓋板上設有預應力螺桿，預應力螺桿穿過陶瓷晶堆固定在前蓋板上。

所述陶瓷晶堆由若干個陶瓷片并聯連接組成。

所述后蓋板裙邊的斜向伸出角度為20°～80°。

本發明有益的效果是：本發明采取后蓋板裙邊這一特殊設計方式，來拓寬縱振換能器的指向性，滿足平面陣大角度波束掃描的要求，后蓋板裙邊的引入增大了換能器的輻射面積，降低了換能器的諧振頻率和Q值，同時換能器的縱向振動和前蓋板的彎曲振動相耦合，從而產生兩個諧振峰，進一步拉寬了換能器的發送電壓響應帶寬。與傳統的縱振換能器相比，具有以下特點：

1)換能器的指向性較寬，傳統的縱振換能器其波束寬度(-3dB)一般在90度左右，而采用本方案設計的換能器，根據不同的裙邊長度和斜向伸出角度，波束寬度可達130度～180度之間。

2)換能器的工作帶寬較寬，后蓋板裙邊參與振動，增大了整個換能器的輻射面面積，從而增加了輻射阻抗，使換能器的諧振頻率和Q值降低、帶寬變寬；同時合理設計換能器前蓋板的尺寸，使換能器的縱向振動和前蓋板的彎曲振動相耦合，從而產生兩個諧振峰，進一步拉寬了換能器的發送電壓響應帶寬。其發送電壓響應帶寬(-3dB)可以達到一個倍頻程以上。

3)同相同中心頻率的傳統縱振換能器相比，該方案設計的換能器具有寬頻帶、寬波束、尺寸小、重量輕的特點，更適宜作為水下聲基陣的基元使用，滿足聲納系統進行大角度波束掃描的需要。

附圖說明

圖1是本發明的剖視結構示意圖；

圖2是本發明后蓋板的剖視結構示意圖；

圖3是本發明前蓋板結構示意圖；

圖4是本發明的實測發送電壓響應圖；

圖5是本發明的實測指向性圖。

附圖標記說明：前蓋板1，陶瓷晶堆2，后蓋板3，預應力螺桿4，后蓋板延伸段5，后蓋板裙邊6。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：