[發明專利]一種深水用低頻開縫液壁耦合換能器

在審

• 申請號: 202010696284.8
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN112040371A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 張怡珺;應曉偉;郝浩琦;馬振;孫昕煜;陳琦;林航;蘇妍
• 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: H04R1/44
• 分類號: H04R1/44
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發明公開了一種深水用低頻開縫液壁耦合換能器，主要包括輻射蓋板，輻射蓋板位于換能器的上下兩端，輻射蓋板通過端蓋A、壓電陶瓷振子、端蓋B與中間質量塊依次粘接，并且中間穿有預應力螺桿進行固定，薄壁圓柱套筒為換能器外殼，薄壁圓柱套筒通過連接桿及去耦材料與中間質量塊去耦連接，且在薄壁圓柱套筒的外壁去耦連接四根吊裝桿，薄壁圓柱套筒的中心一圈進行開縫。本發明兼具低頻甚低頻、小尺寸、輕重量、寬帶、大功率、高效率等關鍵性能，使用更方便，成本更低，為海洋聲學層析潛標與系統集成提供技術依據，實現在較大范圍內對中尺度過程實施監測提供技術手段，服務于遠程水聲探測與通信、國家海洋資源開發和國家海洋安全維護。

技術領域

本發明涉及聲學換能器的領域，具體涉及一種深水用低頻開縫液壁耦合換能器。

背景技術

地球被海洋覆蓋的區域大多數屬于4000米水深以上的深海，由于唯有聲波可以在海水中實現遠程傳播，因而要對海洋進行實時、動態、大范圍監測需要借助海洋聲學層析技術。海洋聲學層析是利用海洋聲場所攜帶的海洋內部信息對廣闊海域內部拍下“快照”，需要使用若干個水聲發射換能器及接收換能器。由于海洋中聲波傳播的吸收損失隨頻率的降低而降低，且要實現對海洋的實時、動態、大范圍監測，需要發射換能器低頻寬帶工作。考慮到換能器的適裝性和效率要求，換能器的體積和重量要盡可能小、發送電壓響應、每瓦源級盡可能高，易阻抗匹配，從而降低整套系統的功耗和尺寸重量。

海洋聲學層析、遠程水聲通信等技術領域需要耐高靜水壓、低頻甚低頻、小尺寸、輕重量、寬帶、大功率、高效率的發射換能器，但是發射換能器的各項性能指標在理論上很難兼顧。例如，提高換能器的體積位移才能使其大功率發射，而提高換能器的體積位移需要增加換能器的輻射面積，這就意味著需要增加換能器的尺寸和有源材料的體積，因此，目前海洋聲學層析、遠程水聲通信等技術領域應用的低頻大功率換能器尺寸大，重量大。另外，深海應用的換能器必須使用電池供電，但經常更換廢舊電池所需人力、物力資源大，因此需要發射換能器的電聲轉換效率高。

Janus-Helmholtz換能器是法國學者Y.Le Gall提出的一種換能器，由Janus換能器與Helmholtz諧振腔組合形成的換能器，Janus換能器是一種前后雙面輻射的縱振動換能器，Janus源于希臘神話，描述前后兩個面孔或四方四個面孔。Helmholtz諧振腔是由德國物理學家亥姆霍茲發現的一種腔體共振效應。Janus-Hammer Bell換能器是法國IXSEA公司的Frederic Mosca發明的一種換能器。Hammer Bell表示人名。

目前解決上述矛盾的主流方法是設計出基于Helmholtz液腔諧振機理的間接激勵振動型換能器：

一是采用縱振激勵Helmholtz液腔諧振工作的換能器，例如專利CN104282299A及專利CN104810013A發明的換能器，結構均是在一個復合棒換能器上套一個圓柱形外殼，復合棒換能器與外殼之間剛性并封閉連接，專利CN104282299A發明的換能器腔體內還放置了順性管，而專利CN104810013A發明的換能器復合棒后質量塊上的通孔還安裝了亥姆霍茲管。此類換能器耐高靜水壓，具有可觀的功率重量比，可輻射較高聲功率。由于此類換能器工作在Helmholtz液腔諧振的狀態下，因此無法規避Helmholtz液腔諧振帶寬窄的特性，因此這種換能器Q值較高，工作頻帶窄；另外，Helmholtz液腔的尺寸越大，諧振頻率越低，因此要想此類換能器的工作頻率更低，換能器設計的就更笨重，使用起來就更不方便。