[發明專利]一種低端面輻射圓環換能器

在審

• 申請號: 201811446583.5
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109616091A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 李海森;趙慧;朱建軍;杜偉東;魏波;王家齊;胡永祥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G10K11/00
• 分類號: G10K11/00;G10K9/122
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種低端面輻射圓環換能器，屬于水聲換能器領域。本發明第一壓電陶瓷圓環卡入第一耐壓硬質聚氨酯泡沫、第二耐壓硬質聚氨酯泡沫的凹槽中，第二壓電陶瓷圓環卡入第二耐壓硬質聚氨酯泡沫、第三耐壓硬質聚氨酯泡沫的凹槽中，第一耐壓硬質聚氨酯泡沫的上部為第二端蓋板，第三耐壓硬質聚氨酯泡沫的下部為第一端蓋板，第一端蓋板與第二端蓋板通過螺栓連接，第一端蓋板的中間為電纜頭，低端面輻射圓環換能器的外部使用聚氨酯橡膠包覆。本發明有效減少壓電陶瓷環在徑向方向振動時而引起端面方向的耦合振動的影響，減少了圓環換能器在端面方向輻射聲能過高的問題，結構緊湊、簡單可靠，工藝設備要求低，裝配方便、簡潔，換能器耐壓強度高。

技術領域

本發明屬于水聲換能器技術領域，具體涉及一種低端面輻射圓環換能器。

背景技術

聲波是人類迄今為止已知的唯一能在海水中遠距離傳輸的能量形式，其他能量輻射形式如光波、電磁波等都不能在海水中遠距離傳輸。水聲技術是水下信息發送和獲取的最有效手段，水聲換能器作為水聲裝備與水中聲場信息交互的“窗口”，是水聲裝備信息發送和信息感知的關鍵部件。水聲換能器是聲納系統的核心部件，實現聲納電信號與水中聲信號的單向或雙向能量轉換，對聲納性能起著決定性的作用。

高頻圓環換能器是聲納系統中常用的一類換能器，一般采用壓電陶瓷圓環作為電聲轉換元件，具有結構簡單、水平無指向性的特點，其工作頻率通常在十幾kHz至幾十kHz。圓環換能器廣泛應用于水聲聲源、水聲通訊系統、水下信標等領域。

高頻圓環換能器的指向性在水平方向上是均勻的，起伏通常小于3dB；垂直方向的指向性一般由于徑向尺寸和軸向尺寸比例的關系影響在工作頻率范圍內的低頻段，端面方向的聲波輻射聲能較高，甚至比輻射面的輻射聲能都強。這使得高頻圓環換能器在使用時，聲能輻射的方向朝向水面或者水底方向輻射，增加聲波傳播時向多途方向的能量，由此引起的混響對系統產生的嚴重的干擾。

為了抑制高頻圓環換能器端面方向的聲能輻射，有很多的學者在換能器的橫向尺寸和縱向尺寸的比例上進行了很多的研究，得出了一個比較合理的尺寸比例。但是調節橫向尺寸會引起換能器諧振頻率的變化，從而使得換能器應用范圍受到影響。對于高頻圓環換能器的在端面方向產生較大的輻射聲能問題，主要是由于壓電陶瓷圓環高度方向的縱向振動引起的，因此采用隔振去耦性能良好的材料，并設計出巧妙的隔振吸聲結構，可有效降低壓電陶瓷圓環軸向方向的輻射聲能，從而達到優化高頻圓環換能器垂直指向性的目的。

對于一種低端面輻射圓環換能器，目前沒有發現與本發明相同類產品存在，也沒有發現有同類方法在文件與文獻中存在。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種低端面輻射圓環換能器。

一種低端面輻射圓環換能器，其結構包括壓電陶瓷圓環1、電纜頭5、聚氨酯橡膠7，包括耐壓硬質聚氨酯泡沫2，所述的壓硬質聚氨酯泡沫2為卡槽結構；所述的壓電陶瓷圓環1的兩端卡入耐壓硬質聚氨酯泡沫2的凹槽中，耐壓硬質聚氨酯泡沫2的首尾兩端均設有蓋板，所述的電纜頭5安裝在耐壓硬質聚氨酯泡沫2一端并與低端面輻射圓環換能器內部的電纜相連；所述的低端面輻射圓環換能器的外部包覆有聚氨酯橡膠7。

所述的壓電陶瓷圓環1與耐壓硬質聚氨酯泡沫2以及端蓋板之間的縫隙均采用環氧樹脂膠水填充，電纜頭5采用硫化方式水密。

所述的耐壓硬質聚氨酯泡沫2的凹槽深度不超過壓電陶瓷圓環1高度的10％，所述的壓電陶瓷圓環1壁厚大于等于2mm，所述圓環換能器的下端蓋板3采用鋸齒狀設計。

所述的壓電陶瓷圓環1在軸向方向的布陣中心距小于等于最大工作頻率對應的半波長。

所述耐壓硬質聚氨酯泡沫2的抗壓強度大于等于20MPa。

本發明的有益效果在于：