[實用新型]一種寬波束水聲換能器及含該換能器的水聲收發裝置

有效

• 申請號: 202220769612.7
• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN217591002U
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 劉慧生
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04R1/02
• 分類號: H04R1/02;H04R1/44
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 張紅生;王蔚

本實用新型屬于水聲換能器領域，具體是一種寬波束水聲換能器及含該換能器的水聲收發裝置，所述寬波束水聲換能器包括外固定架和兩個相同結構的換能單元，兩個相同結構的換能單元呈同軸鏡像對置并固定在外固定架內；兩個相同結構的換能單元的輻射頭之間的距離可調。所述水聲收發裝置包括上述的寬波束水聲換能器以及設置在換能單元上呈圓周排列的水聲接收陣。本實用新型可應用于水下AUV或UUV導航、水聲通信、水下探測、勘探、水聲對抗、海洋信息獲取等領域。

技術領域

本實用新型涉及水聲通訊，水聲導航、海洋信息獲取等領域，具體地，本實用新型涉及一種周向360°寬波束水聲換能器及含該換能器的水聲收發裝置。

背景技術

水聲發射換能器作為一種水下聲波信號產生的裝置。水聲發射換能器在海洋信息獲取、資源勘探、目標探測、水聲對抗等領域都是不可或缺的重要設備。常規的實現寬波束方法：一是采用圓管，球型對稱結構，但存在功率較小，在較低工作頻段，或對參數有要求的情況下，如結構尺寸、重量、聲性能，工作頻率、耐壓性等若干方面和需求存在不適合的情況。只能選擇采用其它結構形式的換能器，如采用復合棒換能器結構形式，但其波束寬度和輻射面大小相關，在其主要工作頻段內，輻射頭越小，波束寬度越大，但波束寬度和帶寬間難以兼顧，隨著工作頻率升高，波束寬度減小，覆蓋范圍有限。二是采用組圓柱陣方式實現寬波束要求，但重量、尺寸大，不適合小尺寸自主式水下航行器(AUV)、無人水下航行器(UUV)等設備及一些對尺寸、重量有要求的情況。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種小尺寸、輕質量的寬帶范圍內，波束寬度不隨工作頻率變化的周向360°寬波束覆蓋的寬波束換能器。兩個換能器采用同軸鏡像對置，由于對稱性，周向聲場成360°寬波束覆蓋。調節對置距離和增加剛性障板可優化工作頻率范圍內周向聲場聲性能。

為達到上述目的，本實用新型采用了如下的技術方案：

一種寬波束水聲換能器，所述寬波束水聲換能器包括外固定架和兩個相同結構的換能單元，兩個相同結構的換能單元呈同軸鏡像對置并固定在外固定架內；兩個相同結構的換能單元的輻射頭之間的距離可調。

優選地，兩個相同結構的換能單元的輻射頭之間的間距中設置剛性障板。

優選地，所述外固定架包括第一夾板、第二夾板和固定桿；第一夾板設置在一個換能單元的尾端，第二夾板設置在另一個換能單元的尾端，第一夾板和第二夾板之間通過若干個固定桿固定連接。

優選地，所述輻射頭的形狀為圓柱體形、圓臺形或倒碗形。

優選地，所述換能單元為復合棒換能器或由壓電陶瓷片組成的面陣換能器。

優選地，所述復合棒換能器包括壓電陶瓷堆、預應力螺桿、后質量塊、輻射頭、外殼和墊塊；輻射頭、壓電陶瓷堆和后質量塊按順序設置并通過預應力螺桿固定在一起形成內構件，內構件固定于外殼內，并在后質量塊與外殼之間設置墊塊。

優選地，所述剛性障板為圓柱體形。

本實用新型還提供了一種水聲收發裝置，所述水聲收發裝置包括上述的寬波束水聲換能器以及設置在換能單元上呈圓周排列的水聲接收陣。

本實用新型的兩個換能器同軸鏡像放置，兩輻射頭間隔一定距離設置。在該距離的中間可置有限尺寸的剛性障板，調節周向聲性能，剛性障板形狀不限圓柱形，兩輻射頭和剛性障板之間也保持一定的間距。

本實用新型的壓電陶瓷堆5由若干極化壓電片和電極組成，壓電陶瓷片采用機械串聯，電路并聯方式，陶瓷片間有電極片，并采用環氧粘接，壓電陶瓷堆兩端分別和輻射頭、后質量塊通過預應力螺桿連接。

本實用新型的輻射頭形狀可為圓柱形、圓臺形、開腔孔圓臺、倒碗形等形狀，調節帶寬、聲發射響應等聲性能。

本實用新型的壓電陶瓷堆亦可采用其它有源功能材料，如超磁致伸縮材料、壓電復合材料、壓電單晶、鐵鎵等。