[發明專利]活塞式壓電復合板，水聲換能器及制備方法

在審

• 申請號: 202310089527.5
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116116691A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 張彬;童暉;周博文
• 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;B29D7/01
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

一種活塞式壓電復合板，水聲換能器及制備方法。其中，所述活塞式壓電復合板被配置為圓柱形，所述活塞式壓電復合板由內復合板和外復合板拼接而成；所述內復合板被配置為與所述活塞式壓電復合板同心等高的圓柱形，所述外復合板被配置為與所述內復合板同心等高的圓環柱形，所述外復合板套設于內復合板的外側；所述內復合板和外復合板均采用1?3型壓電復合材料制成，且所述內復合板的壓電陣子密度高于所述外復合板的壓電陣子密度。本發明所構成的水聲換能器相對于現有同類產品取得更大的帶寬和更低的旁瓣。

技術領域

本發明屬于水下探測技術領域，具體來說涉及一種水聲換能器的活塞式壓電復合板，以及包含該活塞式壓電復合板的水聲換能器，以及一種對水聲換能器的制備方法。

背景技術

聲吶是一種利用聲波在水中的傳播和反射特性，通過電聲轉換和信息處理進行導航和測距的技術而水聲換能器是聲吶系統中作為系統設備與介質進行信息傳輸的關鍵設備：在發射信號時，系統產生一定頻帶的電信號激發換能器振動，產生聲波輻射入介質中；在接收信號時換能器接收介質中的聲波信號轉換為電信號，進而系統進行信號處理。實踐中，為取得更大的通信帶寬和更高的探測精度，要求水聲換能器能夠兼顧寬帶和低旁瓣的特點。現有技術中拓展帶寬的一種方法是增大壓電材料的損耗：換能器的機械品質因數為Qm，機械共振頻率為f0，換能器的頻帶寬帶為△f(-3dB)。三者的關系式為：Qm＝f0/△f，Qm值越低帶寬△f越大。因此通過在壓電材料中添加高分子聚合物來增大壓電材料的損耗，可降低Qm值增大帶寬。但Qm值較低時也相應降低了換能器的靈敏度。現有技術中降低旁瓣的一種方法是通過電路部分控制換能器基陣的各路陣元的相位與幅度，通過加權的手段實現低旁瓣，但該方法會增加電子部分的功率、復雜度，降低系統的可靠型和穩定性。(童暉,周益明,王佳麟等，高頻寬帶換能器研究,聲學技術,2013,32(06):524-527)公開了通過使換能器在工作頻段內產生多種振動模態，且使多種振動模態在該頻率范圍內耦合起來以增大帶寬的方法。(張彬,周博文,童暉等.一種低旁瓣圓形活塞高頻換能器研究，聲學技術，2021,40(03):435-438)則公開了以圓形活塞圓心為中心，在一定寬度的圓環區域內去除壓電顆粒，通過去環結構的設計降低旁瓣的方案。目前，如何在上述方案基礎上進一步優化水聲換能器的結構還在不斷探索和研究過程中。

發明內容

本發明的第一目的為提供一種活塞式壓電復合板，其在應用于水聲換能器中時，相對于現有同類產品能夠取得更大的帶寬和更低的旁瓣。

本發明的第二目的為提供一種包含上述活塞式壓電復合板的水聲換能器。

本發明的第三目的為提供一種生產上述水聲換能器的制備方法。

本發明提供的第一種方案為一種活塞式壓電復合板，所述活塞式壓電復合板被配置為圓柱形，所述活塞式壓電復合板由內復合板和外復合板拼接而成；所述內復合板被配置為與所述活塞式壓電復合板同心等高的圓柱形，所述外復合板被配置為與所述內復合板同心等高的圓環柱形，所述外復合板套設于內復合板的外側；所述內復合板和外復合板均采用1-3型壓電復合材料制成，且所述內復合板的壓電陣子密度高于所述外復合板的壓電陣子密度。

優選的是，所述外復合板的數量被配置為至少2個，且活塞式壓電復合板上位于徑向外側的外復合板的壓電陣子密度低于活塞式壓電復合板上位于徑向內側的外復合板的壓電陣子密度。

優選的是，所述外復合板的數量被配置為不超過5個。

優選的是，所述外復合板的數量被配置為2個，內復合板上壓電陣子的體積百分比為60％-90％，活塞式壓電復合板上位于徑向內側的外復合板上壓電陣子的體積百分比為30％-70％，活塞式壓電復合板上位于徑向外側的外復合板上壓電陣子的體積百分比為20％-40％。

本發明提供的第二種方案為一種水聲換能器，其包括：

上述的活塞式壓電復合板；

負電極層，所述負電極層被配置為被覆于所述活塞式壓電復合板的上表面；