基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器，包括背衬、有源材料层、均匀匹配层、梯度匹配层和防水透声层；背衬、有源材料层、均匀匹配层、梯度匹配层和防水透声层依次设置；背衬与有源材料层紧固连接；均匀匹配层与有源材料层紧固连接；梯度匹配层与均匀匹配层紧固连接；防水透声层与梯度匹配层紧固连接；梯度匹配层包括梯度匹配层框架和填充圆锥，梯度匹配层的特性阻抗值在声传播方向上呈指数衰减变化。本发明专利技术提供的基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器解决了压电材料与水之间阻抗失配导致透射效率低而无法实现换能器在水中发射高频宽带信号的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器
本专利技术涉及水声换能器领域，具体地，涉及基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器。
技术介绍
随着声纳系统中水声信号处理技术的不断发展以及海洋开发的日益深入，高频声纳越来越受到重视。高频声纳常需要宽带工作，高频宽带声纳，一方面能获取目标更多的信息特征，提高对目标的探测效果；另一方面还可以选频工作，有效避免协同作战时的同频干扰。高频宽带水声换能器是高频宽带声纳信号产生和获取的基础。因此高频换能器的宽带特性是目前重要的研究方向之一。高频宽带水声换能器实现的主要困难在于压电材料(声阻抗35MRayls左右)与水(声阻抗1.5MRayls)之间的阻抗失配降低了换能器在水中的透射效率，传统的单层或双层均匀匹配层换能器不能很好的实现阻抗的过渡，因而无法实现换能器在水中的高频宽带信号发射。专利文献CN203787081U公开了一种水声换能器，包括压电复合材料片、背衬、电极引线、外壳、保护层、边条和金属板。其技术方案的不足之处在于压电复合材料片和水之间的阻抗失配，降低了换能器在水中的透射效率，无法实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器，其特征在于，包括背衬(1)、有源材料层(2)、均匀匹配层(3)、梯度匹配层(4)和防水透声层(5)；/n所述背衬(1)、有源材料层(2)、均匀匹配层(3)、梯度匹配层(4)和防水透声层(5)依次设置；/n所述背衬(1)与有源材料层(2)紧固连接；/n所述均匀匹配层(3)与有源材料层(2)紧固连接；/n所述梯度匹配层(4)与均匀匹配层(3)紧固连接；/n所述防水透声层(5)与梯度匹配层(4)紧固连接；/n所述梯度匹配层(4)包括梯度匹配层框架(6)和填充圆锥(7)，梯度匹配层(4)的特性阻抗值在声传播方向上呈指数衰减变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器，其特征在于，包括背衬(1)、有源材料层(2)、均匀匹配层(3)、梯度匹配层(4)和防水透声层(5)；
所述背衬(1)、有源材料层(2)、均匀匹配层(3)、梯度匹配层(4)和防水透声层(5)依次设置；
所述背衬(1)与有源材料层(2)紧固连接；
所述均匀匹配层(3)与有源材料层(2)紧固连接；
所述梯度匹配层(4)与均匀匹配层(3)紧固连接；
所述防水透声层(5)与梯度匹配层(4)紧固连接；
所述梯度匹配层(4)包括梯度匹配层框架(6)和填充圆锥(7)，梯度匹配层(4)的特性阻抗值在声传播方向上呈指数衰减变化。


2.根据权利要求1所述的基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器，其特征在于，所述梯度匹配层框架(6)为设置有均布圆锥形空间的矩形结构；
所述填充圆锥(7)填充在梯度匹配层框架(6)的圆锥形空间内。


3.根据权利要求2所述的基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器，其特征在于，多个所述填充圆锥(7)紧密排列在梯度匹配层框架(6)内部且排列方向一致；
所述填充圆锥(7)底部设置在均匀匹配层(3)一侧；
所述填充圆锥(7)顶部设置在防水透声层(5)一侧；
所述填充圆锥(7)的材料声速与梯度匹配层框架(6)的材料声速相同。


4.根据权利要求1所述的基于声阻抗梯度匹配层的高频宽带水声换能器，其特征在于，所述有源材料层(2)、均匀匹配层(3)和梯度匹配层(4)的特性阻抗值具有如下关系：



其中，Zo为均匀匹配层(3)的特性阻抗值；
Zp为有源材料层(2)的特性阻抗值；
Z1为填充圆锥(7)底面的特性阻抗值，即梯度匹配层(4)高阻抗端特性阻抗值。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞加聪，王艳，沈明杰，赵慧，孙逸来，
申请(专利权)人：上海船舶电子设备研究所中国船舶重工集团公司第七二六研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31