半空间辐射高频宽带换能器制造技术

本发明专利技术提供了一种半空间辐射高频宽带换能器，包括压电陶瓷球壳(1)、反声障板(3)和调谐电路(6)；所述反声障板(3)包覆压电陶瓷球壳(1)底部，反声障板(3)包覆压电陶瓷球壳(1)底部的角度小于180度；所述反声障板(3)设置有反射面(12)，反射面(12)的延长线与压电陶瓷球壳(1)球心的距离d为工作频率波长λ的0.25倍。根据本发明专利技术提供的半空间辐射高频宽带换能器能够发出指向性角度约为180度的出射声波，满足半空间辐射的要求；同时能够消除指向性波束中间的明显凹谷，提升指向性能；还能够拓宽工作频带，满足宽带辐射的要求。

【技术实现步骤摘要】
半空间辐射高频宽带换能器
本专利技术涉及水声工程
，具体地，涉及半空间辐射高频宽带换能器。
技术介绍
指向性是水声换能器和水声换能器基阵的重要性能指标。探测和预警用途的水声换能器要求各角度响应起伏不能太大，不能出现死角，这就要求水声换能器和水声换能器基阵的具备较宽的指向性。传统的球形换能器是无指向性的，反声障板会使球形换能器具备指向性，但反声障板可能对球形换能器的指向性产生不利影响，反声障板会使球形换能器的指向性波束中间产生明显的凹谷，凹谷会使得球形换能器的指向性恶化，从而限制球形换能器的使用。此外，采用传统的包覆反声障板的水声换能器，指向性角度只有120度或更小，其较小的指向性角度无法满足半空间辐射的要求，并且工作带宽也较窄，无法满足宽带辐射的要求。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种半空间辐射高频宽带换能器。根据本专利技术提供的半空间辐射高频宽带换能器，包括压电陶瓷球壳和反声障板；反声障板包覆压电陶瓷球壳底部，反声障板包覆压电陶瓷球壳底部的角度小于180度；反声障板设置有反射面，反射面的延长线与压电陶瓷球壳球心的距离d为工作频率波长λ的0.25倍。优选地，还包括调谐电路，调谐电路与压电陶瓷球壳通过导线连接。优选地，压电陶瓷球壳是一体成型的压电陶瓷整球。优选地，还包括定位块；压电陶瓷球壳底部设置有贯通球面的第一圆形定位孔；反声障板设置有贯通包覆面和底面的第二圆形定位孔，第二圆形定位孔设置在反声障板的中心处；第一圆形定位孔和第二圆形定位孔同心且尺寸相同；定位块的圆柱形顶部尺寸与第一圆形定位孔和第二圆形定位孔尺寸一致，定位块的圆柱形顶部穿过第二定位孔和第一定位孔与反声障板和压电陶瓷球壳紧固连接，定位块的圆柱形顶部进入压电陶瓷球壳；定位块设置有导线孔，调谐电路与压电陶瓷球壳通过穿过导线孔的导线连接。优选地，还包括金属壳和端盖；金属壳顶面与反声障板底面连接；金属壳顶部设置有安装孔，定位块底部与安装孔连接；端盖设置在金属壳底部，与金属壳连接形成容置空间，调谐电路设置在容置空间内。优选地，还包括水密橡胶；水密橡胶采用聚氨酯材料，高温浇注一体成型，与金属壳、反声障板和压电陶瓷球壳紧固连接。优选地，端盖设置有凹槽，凹槽内设置有密封圈，密封圈与金属壳内壁连接。优选地，端盖底部设置有通孔，导线穿过通孔通向半空间辐射高频宽带换能器外部，通孔与导线间的缝隙通过环氧胶填充。优选地，反声障板采用硬质泡沫塑料，反声障板的密度为0.5-0.8g/cm3，声压反射系数为0.85-0.95。优选地，压电陶瓷球壳的谐振频率大于20kHz。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、通过设置包覆压电陶瓷球壳底部角度小于180度的反声障板，使得压电陶瓷球壳的辐射声波角度大于180度，辐射声波与反声障板的反射声波叠加形成指向性角度约为180度的出射声波，满足半空间辐射的要求，解决了传统水声换能器指向性角度较小，不能满足半空间辐射要求的问题；2、通过设置反射面延长线与压电陶瓷球壳球心距离为工作频率波长0.25倍的反声障板，使得压电陶瓷球壳的辐射声波和反声障板的反射声波的叠加均匀过度，解决了传统水声换能器指向性波束中间有明显凹谷的问题，提升了指向性能；3、通过设置与压电陶瓷球壳串联连接的谐振电路，拓宽了水声换能器的工作频带，解决了球形换能器工作带宽较窄无法满足宽带辐射要求的问题。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为半空间辐射高频宽带换能器的结构示意图；图2为反声障板和压电陶瓷球壳的结构示意图；图3为金属壳的结构示意图；图4为半空间辐射高频宽带换能器的剖面结构示意图；图5为传统的水声换能器的25kHz指向性图；图6为半空间辐射高频宽带换能器的25kHz指向性图；图7为半空间辐射高频宽带换能器发送电压响应曲线图。图中：具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例图1～图4为本专利技术提供的一种半空间辐射高频宽带换能器的示意图。根据本专利技术提供的半空间辐射高频宽带换能器，包括压电陶瓷球壳1、水密橡胶2、反声障板3、定位块4、导线5、调谐电路6、金属壳7和端盖10。压电陶瓷球壳1是一体成型的压电陶瓷整球，常规制备压电陶瓷球壳1方法是将平面型压电陶瓷复合材料切割、弯曲再拼接成型，制作工艺复杂，其切割、拼接等工序必然给压电陶瓷球壳1带来不一致性，这导致主波束范围内起伏较大，而本专利技术采用的一体成型的压电陶瓷球壳1的均匀性和一致性较好，使得主波束范围内起伏较小。压电陶瓷球壳1底部设置有贯通球面的第一圆形定位孔，优选地，第一圆形定位孔直径为8mm，压电陶瓷球壳1直径为62mm，壁厚为2mm，采用PZT-4压电陶瓷复合材料，压电陶瓷球壳1的谐振频率即工作频率大于20kHz，属于高频工作频率。压电陶瓷球壳1能够将电压信号转换成振动能量，通过振动辐射出辐射声波。反声障板3能够发出反射声波。反声障板3设置有球形凹座、反射面12和第二圆形定位孔且其直径大于压电陶瓷球壳1。第二圆形定位孔贯通包覆面和底面并位于反声障板3的中心处，第二圆形定位孔与第一圆形定位孔尺寸相同。反声障板3的球形凹座与压电陶瓷球壳1通过环氧胶水紧密无缝粘接，连接使得反声障板3的第二圆形定位孔与压电陶瓷球壳1的第一圆形定位孔同心且反声障板3反射面12的法线与压电陶瓷球壳1连接处的切线垂直，反声障板3的球形凹座包覆压电陶瓷球壳1底部，反声障板3包覆压电陶瓷球壳1底部的角度小于180度，这使得压电陶瓷球壳1发出的辐射声波角度大于180度，辐射声波与反声障板3发出的反射声波叠加形成指向性角度约为180度的出射声波，拓宽了指向性角度，具备半空间辐射的能力，传统的压电陶瓷球壳1包覆角度为180度的水声换能器其出射声波的指向性角度只有约120度甚至低于120度，其指向性角度较小，不能满足半空间辐射的要求。优选地，反声障板3的两个反射面12的夹角为90度，反声障板3采用硬质泡沫塑料，反声障板3的密度为0.5-0.8g/cm3，声压反射系数为0.85-0.95，反射面12的延长线与压电陶瓷球壳1球心的距离d为工作频率波长λ的0.25倍，工作频率波长λ为工作频率对应的水中波长。这能够使得压电陶瓷球壳1发出的辐射声波和反声障板3发出的反射声波的叠加均匀过度，消除传统水声换能器指向性波束中间的凹谷，提升指向性能，还能够使反射声波正好叠加在出射声波的波束边沿处，从而增大了换能器波束开角，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半空间辐射高频宽带换能器，其特征在于，包括压电陶瓷球壳(1)和反声障板(3)；/n所述反声障板(3)包覆压电陶瓷球壳(1)底部，反声障板(3)包覆压电陶瓷球壳(1)底部的角度小于180度；/n所述反声障板(3)设置有反射面(12)，反射面(12)的延长线与压电陶瓷球壳(1)球心的距离d为工作频率波长λ的0.25倍。/n

【技术特征摘要】
1.一种半空间辐射高频宽带换能器，其特征在于，包括压电陶瓷球壳(1)和反声障板(3)；
所述反声障板(3)包覆压电陶瓷球壳(1)底部，反声障板(3)包覆压电陶瓷球壳(1)底部的角度小于180度；
所述反声障板(3)设置有反射面(12)，反射面(12)的延长线与压电陶瓷球壳(1)球心的距离d为工作频率波长λ的0.25倍。


2.根据权利要求1所述的半空间辐射高频宽带换能器，其特征在于，还包括调谐电路(6)，所述调谐电路(6)与压电陶瓷球壳(1)通过导线(5)连接。


3.根据权利要求2所述的半空间辐射高频宽带换能器，其特征在于，所述压电陶瓷球壳(1)是一体成型的压电陶瓷整球。


4.根据权利要求3所述的半空间辐射高频宽带换能器，其特征在于，还包括定位块(4)；
所述压电陶瓷球壳(1)底部设置有贯通球面的第一圆形定位孔；
所述反声障板(3)设置有贯通包覆面和底面的第二圆形定位孔，第二圆形定位孔设置在反声障板(3)的中心处；
所述第一圆形定位孔和第二圆形定位孔同心且尺寸相同；
所述定位块(4)的圆柱形顶部尺寸与第一圆形定位孔和第二圆形定位孔尺寸一致，定位块(4)的圆柱形顶部穿过第二定位孔和第一定位孔与反声障板(3)和压电陶瓷球壳(1)紧固连接，定位块(4)的圆柱形顶部进入压电陶瓷球壳(1)；
所述定位块(4)设置有导线孔，调谐电路(6)与压电陶瓷球壳(1)通过穿过导线孔的导线(5)连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵慧，卞加聪，沈明杰，王艳，
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