[實用新型]一種水聲換能器

有效

• 申請號: 201420179250.1
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN203787081U
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 李光;張選民;李墨;關宏韜
• 申請（專利權）人: 國家海洋技術中心
• 主分類號: G10K9/122
• 分類號: G10K9/122
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 崔立增

技術領域

本實用新型涉及水聲換能器，具體涉及到一種利用壓電復合材料器件作為換能部件的水聲換能器。

背景技術

水聲設備是重要的海洋觀測設備，利用聲波攜帶信息對水下目標進行探測和識別。換能器是水聲設備的關鍵部件，水聲設備依靠它實現電、聲能量互換。依據工作狀態不同，換能器分成兩大類：將電磁能量轉換成聲能的發射換能器和將聲能轉換為電磁能量的接收換能器（或稱為水聽器）。發射換能器把電磁振蕩能轉換成機械振動能，從而推動水介質進行振動，把電信號轉換成在海洋中傳播的聲信號，輻射聲能；接收換能器把機械振動能轉換成電磁振蕩能量，把聲波信號轉換成電信號，經過放大和處理后，送到顯示器中進行觀察和識別。目前換能器中運用較為廣泛的是壓電換能器，利用壓電效應和逆壓電效應，進行機械能和電能之間能量轉換。某些晶體因受外力作用而發生形變時，在它的某些表面上會出現電荷，出現壓電效應，具有壓電效應的晶體稱為壓電晶體。壓電效應是可逆的，即晶體在外電場的作用下要發生形變，即反向壓電效應或逆壓電效應。

壓電換能器中使用最多的是壓電晶體器件，由壓電復合材料組成。壓電復合材料是由壓電晶體和聚合物復合而成，使壓電復合材料器件既具有壓電晶體器件的強壓電性，又具有一定的柔性，阻抗低，以及易于水介質匹配等特點，適宜應用于水聲換能器中。

圖1現示現有技術的一種應用壓電晶體器件的水聲換能器，包括：壓電晶體骨架1、聚合物2、背襯3、電極引線4、導電圈5、下電極6、外殼7、保護層8和上電極9。壓電晶體骨架1中填充聚合物，形成壓電復合材料片。在壓電復合材料片和外殼7之間，以及壓電復合材料片表面澆注透聲水密材料形成保護層8。為了便于焊接輸入/輸出電信號引線，在壓電復合材料片和背襯3之間設有導電圈5，壓電復合材料片固定在導電圈5上，在復合材料片的上電極9和導電圈5上分別引出兩根電信號輸入/輸出引線4。

圖2現示圖1中壓電復合材料片的結構。壓電復合材料片包括壓電晶體骨架1、聚合物2、上電極9、下電極6。壓電晶體骨架1由并聯排列的壓電晶體柱和壓電晶體基板組成，壓電晶體柱固定在壓電晶體基板上，壓電晶體柱和底面的壓電晶體板連接成一體，壓電晶體柱的長度方向和壓電晶體的極化方向相同。并聯排列的壓電晶體柱與壓電晶體基板形成串聯結構，壓電復合材料片結構中在橫向和縱向都有壓電晶體骨架1支撐，使壓電復合材料片具有較為穩定的結構特性。這種換能器的特點是在受熱和外力沖擊下不易變形，具有較為寬廣的適用性。

但是，上述現有技術的換能器中壓電復合材料器件作為換能器的壓電部件，其電極制備和電信號引出線焊接存在某些問題：壓電復合材料片的上電極是壓電晶體制作過程中燒結形成的金屬電極，可以直接焊接引出線；而壓電復合材料片的下電極沿用涂覆銀漿、濺射或沉積金屬導電層的方法制備，涂覆銀漿制備的電極無法直接焊接引線，通過濺射或沉積金屬導電層方法制備的電極雖可以焊接，但是制作成本昂貴，影響其廣泛使用。

發明內容

針對現有技術的應用壓電晶體器件的水聲換能器中壓電復合材料器件存在電極制備和焊接引線不易的問題，本實用新型推出一種新型結構結構的水聲換能器，在壓電復合材料器件上覆蓋金屬板，解決電信號引出線直接焊接問題；而且，通過覆蓋的金屬板將外界作用于水聲換能器的聲壓信號傳遞到壓電復合材料片，使壓電晶體骨架的壓電柱所承受的端面壓力增加，提高了水聲換能器的靈敏度。

本實用新型所涉及的水聲換能器，包括壓電復合材料片、背襯、電極引線、外殼、保護層、邊條和金屬板。壓電復合材料片由壓電晶體骨架和填充其間的聚合物構成，壓電復合材料片固定于背襯上，金屬板覆蓋于壓電復合材料片上，金屬板的上面設置保護層，換能器電信號的輸入或輸出引線從壓電復合材料片的上電極和金屬板可直接焊接引出。

壓電復合材料片中壓電晶體骨架由沿互相成一定角度的2個方向切割而成的并聯排列壓電晶體柱和未切透而形成的壓電晶體基板組成。壓電晶體是上下表面都燒結有金屬電極、并且經過電極化的壓電陶瓷或壓電單晶。壓電晶體柱固定在壓電晶體基板上，壓電晶體柱和底面的壓電晶體板連接成一體，壓電晶體柱的長度方向和壓電晶體的極化方向相同。并聯排列的壓電晶體柱與壓電晶體基板形成串聯結構，壓電復合材料在橫向和縱向都有壓電晶體骨架支撐，具有較為穩定的結構特性。

覆蓋于壓電復合材料片上的金屬板是具有良好的導電性能且具有一定硬度的金屬板，是銅片、鉑片和鈦片等

背襯置于壓電復合材料片和外殼之間，是閉孔耐壓發泡塑料。