[發明專利]一種八波束寬帶相控陣換能器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011297952.6
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112495744B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 周博文;許偉杰;童暉;張彬;張旭;陸家威
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所東海研究站
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種八波束寬帶相控陣換能器，其特征在于，包括：依次疊層設置的金屬底座、背襯泡沫、復合材料壓電片、匹配層；

所述復合材料壓電片包括多個獨立的壓電陣子、以及填充于各個所述壓電陣子之間間隙的第一去耦材料，其中，所述壓電陣子以稀疏相控陣方式進行布陣，所述壓電陣子正負極分別設有電極片，用于施加不同相位的電信號，以在兩個互相垂直的方向上各形成四個波束，其中，不同相位的電信號為“+--++--+”或者“++--++--”或者“-++--++-”或者“--++--++”；

所述匹配層包括多個獨立的匹配陣子、以及填充于各個所述匹配陣子之間間隙的第二去耦材料，其中，所述匹配陣子與所述壓電陣子形狀、尺寸一致，并且所述匹配陣子之間間隙與所述壓電陣子之間間隙對齊且間距一致。

2.根據權利要求1所述的八波束寬帶相控陣換能器，其特征在于，還包括防水透聲層，所述防水透聲層包覆所述金屬底座、所述背襯泡沫、所述復合材料壓電片、所述匹配層。

3.根據權利要求2所述的八波束寬帶相控陣換能器，其特征在于，所述防水透聲層可為環氧樹脂或聚氨酯或橡膠。

4.根據權利要求1所述的八波束寬帶相控陣換能器，其特征在于，所述壓電陣子之間間距介于0.2λ到λ之間，其中，所述λ為中心頻率對應的波長。

5.根據權利要求1至4任意一項所述的八波束寬帶相控陣換能器，其特征在于，所述復合材料壓電片的材料為壓電陶瓷或壓電單晶或有機壓電材料，所述第一去耦材料包括輕質泡沫、以及環氧樹脂或聚氨酯或硅橡膠，所述第二去耦材料包括輕質泡沫、以及環氧樹脂或聚氨酯或硅橡膠。

6.根據權利要求1至4任意一項所述的八波束寬帶相控陣換能器，其特征在于，所述匹配層的材料為環氧材料或加入金屬粉末/陶瓷粉末的環氧材料，所述匹配層的聲學特性阻抗介于2兆瑞利到7.5兆瑞利之間，所述匹配層中的聲速為1500m/s到4500m/s之間。

7.根據權利要求1至4任意一項所述的八波束寬帶相控陣換能器，其特征在于，所述復合材料壓電片與所述背襯泡沫側面邊緣對齊且邊緣互相粘接，其中，所述復合材料壓電片與所述背襯泡沫之間的周圍縫隙經硅橡膠填滿；

所述背襯泡沫與所述金屬底座側面邊緣對齊且邊緣互相粘接，其中，所述背襯泡沫與所述金屬底座的周圍縫隙經硅橡膠填滿。

8.一種如權利要求1至7任意一項所述的八波束寬帶相控陣換能器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：對一壓電片進行切割，形成多個獨立的壓電陣子，其中，所述壓電陣子以稀疏相控陣方式進行布陣；

S2：在各個所述壓電陣子之間間隙中填充第一去耦材料，并在所述壓電陣子正負極分別粘接電極片，形成復合材料壓電片；

S3：灌注一匹配層，并對所述匹配層進行切割，形成多個獨立的匹配陣子，其中，所述匹配陣子與所述壓電陣子形狀、尺寸一致，并且所述匹配陣子之間間隙與所述壓電陣子之間間隙對齊且間距一致；

S4：在各個所述匹配陣子之間間隙中填充第二去耦材料；

S5：將金屬底座、背襯泡沫、所述復合材料壓電片、所述匹配層依次疊層粘接，其中，所述匹配陣子之間間隙與所述壓電陣子之間間隙對齊粘接。

9.根據權利要求8所述的八波束寬帶相控陣換能器的制備方法，其特征在于，所述步驟S5之后，還包括步驟S6：

通過硅橡膠對所述金屬底座與所述背襯泡沫之間的周圍縫隙、以及所述背襯泡沫與所述復合材料壓電片之間的周圍縫隙進行填滿；

在所述金屬底座、所述背襯泡沫、所述復合材料壓電片、所述匹配層的整體外圍膠封一防水透聲層。