[發明專利]一種具有超低后向輻射的深水寬帶換能器

無效

• 申請號: 201210549415.5
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103021396A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 郝浩琦;夏鐵堅;謝民;孔海防;唐良雨;蘇妍;蘇石飛;姚成章
• 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: G10K9/122
• 分類號: G10K9/122
• 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

本發明屬于海洋探測和通訊技術，具體涉及一種具有超低后向輻射的深水寬帶換能器。

背景技術

海洋探測系統中，對于中低頻段（10kHz附近）具有廣泛的需求，因其在探測距離和探測精度方面達到了一定的平衡；由于實際應用中往往多臺水聲設備安裝在統一平臺，要求盡量減少相互之間的影響，因此對于換能器的后輻射有一定要求，希望獲得盡可能“干凈”的波束和較低的后輻射。

而對于常規的單個換能器而言，即便是后輻射較低的縱振換能器，其后向輻射約為主波束方向最大聲壓的30%，也即-10.5dB，對后方的其他設備仍有較大影響。因此具有低后向輻射、寬帶、耐高靜水壓特點的換能器具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種獲得可在較深水中（1000m）工作的，具有低頻、寬帶性能的，后向輻射小于-20dB的深水寬帶換能器。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，該換能器由縱彎換能器內芯、耐壓外殼及耐壓反聲障板組成，縱彎換能器內芯封裝入于耐壓外殼內，縱彎換能器內芯的上端灌注一層聚氨酯及在聚氨酯上硫化一層以提高水密性能的橡膠層，采用換能器和耐壓反聲障板一體化設計，在耐壓反聲障板中心留有安裝孔洞，耐壓外殼固定于耐壓反聲障板上的安裝孔洞中；耐壓外殼的底端中間設有水密插接件，該換能器的導線通過水密插接件引出。

作為優選，所述的縱彎換能器內芯由前蓋板、壓電陶瓷堆、后蓋板和預應力螺桿組成，該前蓋板呈喇叭型，由硬鋁制作而成；該前蓋板內嵌有壓電陶瓷堆，所述的預應力螺桿貫穿于整個壓電陶瓷堆，且旋入于前蓋板的中心孔內，該后蓋板通過預應力螺桿固定于縱彎換能器內芯上。

作為優選，所述的耐壓反聲障板由多片帶孔橡膠片和多片薄鋼板組成，并采用薄鋼板-帶孔橡膠片-薄鋼板的方式粘接而成；帶孔橡膠片由氯丁橡膠材料通過模具壓制而成，其內壓制有通孔，該通孔總面積占整個帶孔橡膠片面積的60%左右。

本發明的有益效果為：該換能器具有超低后向輻射、低頻、寬帶、耐高靜水壓的特點，采用換能器與耐壓反聲障板一體化設計，性能穩定，可靠性強；換能器安裝方便，可單獨使用，亦可成陣使用以滿足對聲源級和波束寬度的需求；本實例中換能器后向輻射實測小于主波束方向最大值的10%（也即小于-20dB），同時工作頻段達到7kHz~15kHz，覆蓋了海洋探測和通訊領域常用頻率，具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1是本發明的總裝結構示意圖。

圖2是本發明的縱彎換能器內芯結構示意圖。

圖3是本發明的耐壓反聲障板結構示意圖。

圖4是本發明的換能器工作中的導納曲線參數實測圖。

圖5是本發明的換能器工作中的發送電壓響應參數實測圖。

圖6是本發明的換能器工作中的接收靈敏度參數實測圖。

附圖中的標號分別為：1、縱彎換能器內芯；2、耐壓外殼；3、耐壓反聲障板；4、橡膠層；5、水密插接件；11、前蓋板；12、壓電陶瓷堆；13、后蓋板；14、預應力螺桿；31、安裝孔洞；32、帶孔橡膠片；33、薄鋼板；34、通孔。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明做詳細的介紹：如附圖1所示，本發明由縱彎換能器內芯1、耐壓外殼2及耐壓反聲障板3組成，縱彎換能器內芯1封裝入于耐壓外殼2內，縱彎換能器內芯1的上端灌注一層聚氨酯及在聚氨酯上硫化一層以提高水密性能的橡膠層4，采用換能器和耐壓反聲障板3一體化設計，在耐壓反聲障板3中心留有安裝孔洞31，耐壓外殼2固定于耐壓反聲障板3上的安裝孔洞31中；耐壓外殼2的底端中間設有水密插接件5，該換能器的導線通過水密插接件5引出。

縱彎換能器是利用前蓋板11縱向振動和彎曲振動相結合的多模振動換能器，是在傳統的縱振換能器基礎上改進而來的。縱彎換能器內芯1設計：縱彎換能器內芯1結構如圖2所示，縱彎換能器內芯1由前蓋板11，壓電陶瓷堆12，后蓋板13，預應力螺桿14組成，該前蓋板11呈喇叭型，由硬鋁制作而成。根據實際需求的工作頻段、阻抗、響應等要求，可使用有限元軟件ANSYS對換能器各結構件的尺寸開展優化設計，確定前蓋板11、壓電陶瓷堆12和后蓋板13的具體尺寸，確保換能器的縱振峰和前蓋板11彎曲振動峰可以相耦合，從而獲得較平坦的發送電壓響應和接收靈敏度，使換能器可以寬頻帶工作。如本例中，根據中心頻率10kHz，可設計換能器縱振峰頻率為7kHz附近，而彎曲峰頻率為15kHz附近，即可獲得寬帶工作效果。