[發(fā)明專利]深度自適應(yīng)伸縮聲學(xué)換能器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711267640.9
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN107995576B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張偉;楊冉冉;鄭鵬;謝飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國船舶科學(xué)研究中心（中國船舶重工集團(tuán)公司第七0二研究所）
• 主分類號(hào): H04R17/02
• 分類號(hào): H04R17/02
• 代理公司: 無錫華源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

一種深度自適應(yīng)伸縮聲學(xué)換能器，包括潛水器，潛水器上挖有凹槽，凹槽內(nèi)安裝有缸體，缸體的截面成凸字形結(jié)構(gòu)，缸體內(nèi)通過O型圈安裝有活塞桿，活塞桿的截面同樣成凸字形結(jié)構(gòu)，活塞桿底部凸出部分與缸體底部的內(nèi)壁面之間形成有氣體壓縮腔，位于缸體內(nèi)壁面臺(tái)階處的底面設(shè)置有凹坑，凹坑與氣體壓縮腔連通；活塞桿的底部一端開有充放氣孔，位于缸體的最底端通過螺栓固定有擋圈；活塞桿的中部開有連通孔，連通孔中部穿過水密電纜，并在連通孔的底部安裝水密插座，頂部安裝壓電陶瓷模塊。通過對(duì)缸體和活塞桿巧妙的設(shè)計(jì)，在活塞與缸體之間形成氣體壓縮腔，通過內(nèi)外壓力差作用實(shí)現(xiàn)活塞的運(yùn)動(dòng)，方便的實(shí)現(xiàn)潛水器的換能工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種深度自適應(yīng)伸縮聲學(xué)換能器。

背景技術(shù)

潛水器和水下機(jī)器人等水下運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在水中機(jī)動(dòng)航行，執(zhí)行探測(cè)或采樣等作業(yè)任務(wù)。由于無線電信號(hào)在水中會(huì)迅速衰減，而聲波在水中可以傳播很遠(yuǎn)的距離，因此利用聲波傳輸信號(hào)的水聲設(shè)備自然成為水下平臺(tái)進(jìn)行探測(cè)和傳輸信號(hào)的選擇。我國自主研制的“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器和4500米載人潛水器都設(shè)有獨(dú)立的聲學(xué)系統(tǒng)，搭載了各種測(cè)距、成像和通訊的水聲設(shè)備。

水聲設(shè)備是一個(gè)進(jìn)行“聲信號(hào)-電信號(hào)-聲信號(hào)”雙向轉(zhuǎn)換過程的設(shè)備，其主要組成部分就是主機(jī)和換能器。主機(jī)和換能器有一體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)兩種形式。分體式水聲設(shè)備換能器以通訊和定位等用途居多，其要求換能器安裝時(shí)周圍沒有遮擋物，且大部分發(fā)射方向是上下方向，以實(shí)現(xiàn)母船和潛水器之間的通訊和定位。因此，換能器多安裝在潛水器頂部，換能器的發(fā)射范圍是一個(gè)錐形區(qū)域。潛水器的工況是以母船為平臺(tái)，在工作時(shí)從母船吊放入水，完成工作后回收至母船。如圖1所示，由于海上風(fēng)浪和海流影響，在布放和回收時(shí)，需要拖曳纜輔助穩(wěn)定潛水器，起到穩(wěn)定和止蕩作用。如果聲學(xué)設(shè)備換能器在潛水器頂部安裝位置太高，在拖曳纜拉拽或主吊纜脫掛鉤時(shí)很容易掛住或碰撞換能器，輕則碰壞換能器發(fā)射面，重則直接將換能器掛斷，掉入水中；如果換能器安裝位置太低，在實(shí)際工作中，聲波傳播容易受潛水器本體的反射或遮擋等影響，造成通訊距離縮短，或信號(hào)無法解析等情況，從而嚴(yán)重影響通訊效果。在“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器海試過程中，曾多次發(fā)生換能器被拖曳纜掛斷，掉入海中，也發(fā)生過換能器發(fā)射面受損，無法正常工作的情況。這些都直接導(dǎo)致試驗(yàn)進(jìn)程受阻，造成時(shí)間和金錢損失。在4500米載人潛水器設(shè)計(jì)之初就考慮了聲學(xué)換能器的安裝問題，吸取了“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的經(jīng)驗(yàn)，將換能器安裝位置調(diào)低了很多，希望避免拖曳纜和主吊纜的影響。在海試操作過程中，已經(jīng)非常注意對(duì)換能器的保護(hù)，即便如此，拖曳纜也多次掛到換能器，換能器發(fā)射面一定程度受損。

由于潛水器聲學(xué)設(shè)備只在水下一定深度以后才開始工作，到達(dá)水面以后，可以通過無線電或衛(wèi)星等方式進(jìn)行通訊和定位，因此，如果聲學(xué)換能器能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)伸縮，在水面附近時(shí)換能器收進(jìn)潛水器，達(dá)到工作深度后，換能器伸出潛水器外，這樣既保證了在布放和回收時(shí)不會(huì)對(duì)換能器造成傷害，同時(shí)又保證了換能器可靠工作時(shí)所需的安裝高度。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)人針對(duì)上述現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)合理的深度自適應(yīng)伸縮聲學(xué)換能器，從而使其工作靈活，工作可靠性好。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種深度自適應(yīng)伸縮聲學(xué)換能器，包括潛水器，所述所述潛水器上挖有凹槽，所述凹槽內(nèi)安裝有缸體，所述缸體的截面成凸字形結(jié)構(gòu)，所述缸體內(nèi)通過O型圈安裝有活塞桿，所述活塞桿的截面同樣成凸字形結(jié)構(gòu)，所述活塞桿底部凸出部分與缸體底部的內(nèi)壁面之間形成有氣體壓縮腔，位于缸體內(nèi)壁面臺(tái)階處的底面設(shè)置有凹坑，所述凹坑與氣體壓縮腔連通；所述活塞桿的底部一端開有充放氣孔，位于缸體的最底端通過螺栓固定有擋圈；所述活塞桿的中部開有連通孔，所述連通孔中部穿過水密電纜，并在連通孔的底部安裝水密插座，頂部安裝壓電陶瓷模塊。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述壓電陶瓷模塊通過緊固件安裝在活塞桿的頂部。

所述充放氣孔的出口與氣體壓縮腔連通。