一种深水用球形水声换能器及其加工方法技术

本发明专利技术提出一种深水用球形水声换能器及其加工方法，换能器包括压电陶瓷球，水密层，橡胶囊腔和电缆，在压电陶瓷球内腔及橡胶囊腔中灌注甲基硅油。压电陶瓷球采用PZT‑4材料，由两个独立的半球电极组成，在压电陶瓷球的中心轴上端开有导液孔。水密层由内而外依次包括第一橡胶层，钛合金网和第三橡胶层。橡胶囊腔由内而外依次包括第一橡胶层，第二橡胶层，钛合金网和第三橡胶层；第一橡胶层，第二橡胶层和第三橡胶层采用JA‑2S/80F聚氨酯橡胶灌注，厚度为3mm。本发明专利技术采用了橡胶囊腔与压电陶瓷球内腔连接的结构，由于橡胶囊腔采用柔性材料，可将深水产生的大静水压力通过腔体中填充的甲基硅油平衡至压电陶瓷球内腔，从而实现球壳内外的压力平衡，适于深水工作。

Spherical underwater acoustic transducer for deep water and processing method thereof

The invention provides spherical acoustic transducer and its processing method of water transducer includes a piezoelectric ceramic ball, watertight rubber layer, cavity and cable, the piezoelectric ceramic ball pouring cavity and cavity in silicone rubber. The piezoelectric ceramic ball using PZT 4 material, composed of two independent hemisphere electrode on the piezoelectric ceramic ball axis is provided with a liquid guiding hole. The water tight layer comprises, in turn, a first rubber layer, a titanium alloy mesh and a third rubber layer. The rubber sac inside comprises first rubber layer, the rubber layer second, titanium alloy mesh and third rubber layer; the first rubber layer, the rubber layer second and third rubber polyurethane rubber layer adopts JA 2S/80F perfusion, the thickness is 3mm. The invention adopts a rubber sac pressure and structure of electric ceramic ball cavity connection, because the rubber sac is made of flexible material, can be produced by high hydrostatic pressure through the deep cavity is filled with methyl silicone oil to balance the piezoelectric ceramic ball cavity, so as to realize the pressure balance inside and outside the shell, suitable for deepwater work.

【技术实现步骤摘要】
一种深水用球形水声换能器及其加工方法
本专利技术涉及水声换能
，具体涉及一种深水用球形水声换能器及其加工方法。
技术介绍
随着现代通信技术的发展，人类对于深海的探索程度不断加深。作为推动深海科学研究进步的深海水声技术得到了大力发展，而深水换能器技术是十分重要的技术支撑，无论是军事领域还是民用商业领域，都对深水换能器的制造和使用提出了更高的要求。深水换能器在使用时需要直接暴露在恶劣的环境中，地球上海洋的平均深度达到3700多米，如果换能器工作在海洋的平均深度的话，换能器表面需要承受370个大气压的压力，这足以使大部分换能器损坏或者失效。因此，如何保证水声换能器在高静水压力下正常工作是设计和研制深水换能器的关键技术。常见深水换能器的设计方案主要有三种，一种是通过压力释放的方式。利用换能器耐压外壳或者去耦材料释放压力来保护陶瓷元件，但由于耐压外壳及去耦材料自身承压限制，此方式在换能器工作深度方面存在限制，不适用于1000米以下水域范围；其二，是通过压力补偿的方式。利用在工作面一侧引入补偿压力以实现压力平衡，但此方法主要运用在动圈式换能器上；另一种是通过压力平衡的方式。通过结构设计使陶瓷处于受力平衡状态，通过溢流或充油的方式实现更大深度的承压，该方式的换能器工作深度可达全海深。目前，国内现有的换能器设计水平无法全面满足深水环境使用要求，在用的水声换能器多采用压力释放的方式，通过耐压外壳来实现深水工作承压。但是，耐压外壳结构设计复杂，加工周期长，装配精度高，成本居高不下，且工作深度受到自身承压限制。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种深水用球形水声换能器及其加工方法，该水声换能器透声性能及耐压性能优越，适合于深水工作，并且体积小，结构简单，成本低，利于工程实现。本专利技术的技术方案为：所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：包括压电陶瓷球1，水密层，橡胶囊腔和电缆6，在压电陶瓷球内腔及橡胶囊腔中灌注甲基硅油。进一步的优选方案，所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：所述压电陶瓷球1采用PZT-4材料，由两个独立的半球电极组成，在压电陶瓷球的中心轴上端开有导液孔。进一步的优选方案，所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：水密层由内而外依次包括第一橡胶层2，钛合金网3和第三橡胶层4。进一步的优选方案，所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：所述第一橡胶层2和第三橡胶层4采用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注，厚度为3mm；所述的钛合金网3采用TA1钛合金网。进一步的优选方案，所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：所述橡胶囊腔由内而外依次包括第一橡胶层2，第二橡胶层5，钛合金网3和第三橡胶层4；所述的第二橡胶层5采用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注，厚度为3mm；橡胶囊腔的体积与压电陶瓷球1内腔体积相同。进一步的优选方案，所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：电缆6采用聚氨酯橡胶外皮的带屏蔽两芯电缆。所述一种深水用球形水声换能器的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：使用无硫橡皮擦拭压电陶瓷球两个半球的正负极，再用酒精、丙酮先后进行清洗；然后在压电陶瓷球壳内底部焊接串联线；再使用环氧树脂胶对两个半球进行粘接，放入模具中进行固化；固化完成后在压电陶瓷球外电极上焊接正负极引出线；步骤2：用酒精、丙酮先后清理压电陶瓷球1表面，然后在压电陶瓷球1表面均匀涂抹一层助粘剂，放入工装并灌注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡胶，在80℃温度下固化24小时，脱模清理，形成第一橡胶层2；步骤3：通过第一橡胶层2上端开口处向橡胶囊腔及压电陶瓷球内腔灌注预热后的抽真空甲基硅油，填充量以灌满腔体为标准，然后立刻用JA-2S/80F聚氨酯橡胶对橡胶囊腔进行密封硫化，厚度3mm，在80℃温度下固化8小时，脱模清理，形成第二橡胶层5；步骤4：将钛合金网3进行喷砂处理，后用酒精、丙酮进行清洗；将钛合金网3紧贴第一橡胶层2及第二橡胶层5外表面进行包覆；步骤5：在钛合金网3表面均匀涂抹一层助粘剂，放入工装灌注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡胶，在80℃温度下固化24小时，脱模清理，形成第三橡胶层4。本专利技术为了克服深水静水压力的问题，采用了橡胶囊腔与压电陶瓷球内腔连接的结构，由于橡胶囊腔采用柔性材料，可将深水产生的大静水压力通过腔体中填充的甲基硅油平衡至压电陶瓷球内腔，从而实现球壳内外的压力平衡，适于深水工作。本专利技术采用在压电陶瓷球内腔及橡胶囊腔中填充甲基硅油的方式，增大了压电陶瓷球壳内外的辐射阻，实现带宽拓展。有益效果本专利技术的优点在于，本专利技术设计的球形水声换能器是一种能够工作在大静水压力环境中的声信号接收器；相对于其它深水工作的水声换能器来说，本专利技术的球形水声换能器具有设计结构简单的特点，通过橡胶囊腔有效平衡换能器内外压；本专利技术水密层采用多层密封，具有很好的水密性能；本专利技术的球形水声换能器两个独立的半球电极采用串联的电联接方式，实现高灵敏度及带宽拓展。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本专利技术深水用球形水声换能器的结构示意图；附图标识1-压电陶瓷球；2-第一橡胶层；3-钛合金网；4-第三橡胶层；5-第二橡胶层；6-电缆。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。图1为本专利技术的结构示意图，本实施例中水声换能器包括压电陶瓷球1、第一橡胶层2、钛合金网3、第三橡胶层4、第二橡胶层5、电缆6。压电陶瓷球选用PZT-4材料，尺寸为Φ34mm，壁厚3mm，由两个独立的半球电极A、B通过环氧树脂胶粘接固化而成；两个陶瓷半球的内外电极极性相反，在压电陶瓷球壳内串联；压电陶瓷球沿竖直的中心轴上端开有一个导液孔，用于灌注甲基硅油，孔径为Φ3mm。第一橡胶层2、第二橡胶层5、第三橡胶层4均采用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注，厚度均为3mm。橡胶囊腔由聚氨酯橡胶硫化成型，尺寸为Φ26mm，高12mm,与压电陶瓷球内腔通过导液孔相连，第一橡胶层2硫化成型后，向橡胶囊腔及压电陶瓷球内腔灌注甲基硅油，后通过第二橡胶层5对橡胶囊腔进行封口密封。下面提供一种本专利技术的深水用球形水声换能器具体实施方法。(1)首先使用无硫橡皮擦拭压电陶瓷球两个半球的正负极，再用酒精、丙酮先后进行清洗；然后在压电陶瓷球壳内底部焊接串联线；再使用环氧树脂胶对两个半球进行粘接，放入模具中进行固化；固化完成后在压电陶瓷球外电极上焊接正负极引出线。(2)用酒精、丙酮先后清理压电陶瓷球1表面，然后在压电陶瓷球1表面均匀涂抹一层助粘剂，放入工装并灌注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡胶，在80℃温度下固化24小时，脱模清理，形成第一橡胶层2。(3)通过第一橡胶层2上端开口处向橡胶囊腔及压电陶瓷球内腔灌注预热后的抽真空甲基硅油，填充量以灌满腔体为宜，然后立刻用JA-2S/80F聚氨酯橡胶对橡胶囊腔进行密封硫化，厚度3mm，在80℃温度下固化8小时，脱模清理，形成第二橡胶层5。(4)将钛合金网3进行喷砂处理，后用酒精、丙酮进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深水用球形水声换能器，其特征在于：包括压电陶瓷球1，水密层，橡胶囊腔和电缆6，在压电陶瓷球内腔及橡胶囊腔中灌注甲基硅油。

【技术特征摘要】
1.一种深水用球形水声换能器，其特征在于：包括压电陶瓷球1，水密层，橡胶囊腔和电缆6，在压电陶瓷球内腔及橡胶囊腔中灌注甲基硅油。2.根据权利要求1所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：所述压电陶瓷球1采用PZT-4材料，由两个独立的半球电极组成，在压电陶瓷球的中心轴上端开有导液孔。3.根据权利要求2所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：水密层由内而外依次包括第一橡胶层2，钛合金网3和第三橡胶层4。4.根据权利要求3所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：所述第一橡胶层2和第三橡胶层4采用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注，厚度为3mm；所述的钛合金网3采用TA1钛合金网。5.根据权利要求4所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：所述橡胶囊腔由内而外依次包括第一橡胶层2，第二橡胶层5，钛合金网3和第三橡胶层4；所述的第二橡胶层5采用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注，厚度为3mm；橡胶囊腔的体积与压电陶瓷球1内腔体积相同。6.根据权利要求1或6所述一种深水用球形水声换能器，其特征在于：电缆6采用聚氨酯橡胶外皮的带屏蔽两芯电缆。7.所述一种深水用球形水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振中，王魏，李佳，闫俊，刘惠萍，苏平，陶鼎文，杨倩，王欣，
申请(专利权)人：中船重工西安东仪科工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61