一种深水无指向性换能器制造技术

本发明专利技术属于水声通讯、水下资源、物体探测、水声对抗、海洋信息获取等领域，具体是一种深水无指向性换能器，所述换能器包括多面体形的中心质量块，在所述中心质量块的若干个周期性对称面的每一个面上均固定一个连接杆，连接杆上套设压电陶瓷堆，连接杆的另一端连接带筒辐射头；所述若干个周期性对称面的数量≥3。本发明专利技术可应用于水声通信、水下探测、勘探、水声对抗、海洋信息获取等领域。海洋信息获取等领域。海洋信息获取等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种深水无指向性换能器


[0001]本专利技术属于水声通讯、水下资源、物体探测、水声对抗、海洋信息获取等领域，具体地，本专利技术涉及一种无指向性的低频、大功率、深水换能器。

技术介绍

[0002]水声发射换能器作为一种水下声波信号产生的装置。水声发射换能器在海洋信息获取、资源勘探、目标探测、水声对抗等领域都是不可或缺的重要设备。相比高频声源，低频、深水、大功率换能器声源被水介质衰减、吸收的要小的多，同时利用海洋声道轴，可实现更远距通讯，远距目标探测，以及高效的进行大尺度海洋特性监测研究如：温度、内波等。
[0003]大深度换能器需要有很好的耐压性，常见的大深度换能器一种是采用气体压力补偿的，工作深度可达1000m左右，更大深度多采用充液压力补偿及自身耐压溢流结构方式，主要有充油圆管换能器、溢流镶拼圆管换能器、充油复合棒换能器等，可达万米深度，但一般用于通讯，工作频率较高在几kHz以上。
[0004]近年来，深水低频发射采用Janus
‑
Helmholtz、Janus hammer Bell及压电镶拼圆管和筒复合的换能器等，结构采用自身耐压和溢流压力平衡方式实现大深度工作。压电镶拼圆管低频尺寸较大，镶拼工艺复杂，一致性难保证，难修复，结构大深度工作可靠性相比前二者低。Janus
‑
Helmholtz利用双端复合棒换能器激励筒体形成的亥姆兹腔，进行低频大功率发射。其不足是换能器辐射头和筒体周向辐射口的发送电压差异较大，有明显的指向性，利用筒体周向辐射口进行水平全指向发射，但声源级较低。而采用辐射头方向发射，由于开角问题，和水中风浪、水下洋流等因素，布放的换能器姿态会产生旋转，俯仰等情况，给测试、使用带来不便。Janus hammer Bell，利用双端面复合棒纵向振动和筒体的径向振动耦合拓展带宽，不足是径向尺寸较大，同尺寸筒体振动工作模态频率相比亥姆霍兹谐振频率高，对低频贡献小，低频段声源级低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种无指向性深水低频大功率换能器。该换能器结构自耐压，可大深度作业使用，多个带筒辐射头结构实现了水平以及空间无指向性的声发射。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]一种深水无指向性换能器，所述换能器包括多面体形的中心质量块，在所述中心质量块的若干个周期性对称面的每一个面上均固定一个连接杆，连接杆上套设压电陶瓷堆，连接杆的另一端连接带筒辐射头；所述若干个周期性对称面的数量≥3。
[0008]连接杆的一端连接中心质量块，另一端连接带筒辐射头。
[0009]优选地，所述多面体形为三棱柱形或正方体形。本领域技术人员根据需要还可以选择多面体形为八面体或其他多面体形。
[0010]优选地，若干个周期性对称面上连接的压电陶瓷堆以中心质量块为中心。
[0011]优选地，若干个周期性对称面在中心质量块上呈周向分布。
[0012]优选地，所述带筒辐射头的形状为锥形、圆柱形、弧形或多边形。本领域技术人员根据需要还可以选择其他形状。
[0013]优选地，所述压电陶瓷堆采用机械串联，电路并联的方式，陶瓷片间采用环氧粘接。
[0014]根据本专利技术的一个优选实施例，本专利技术的换能器包括若干带筒辐射头，对应若干压电陶瓷堆和若干连接杆、一个中心质量块及包覆的绝缘水密层、供电电缆头。连接杆一端固定于带螺孔的中心质量块上，压电陶瓷堆、带筒辐射头依次套于带绝缘处理(绝缘处理可以为在连接杆上套设绝缘套筒)的连接杆上，连接杆的另一端用螺母紧固于带筒辐射头上。若干通过连接杆、螺母刚性连接于中心质量块的压电陶瓷堆、带筒辐射头结构整体以中心质量块为中心均布。
[0015]所述的中心质量块为金属多面体，周向若干周期对称面上中心有螺纹孔，螺纹孔和压电陶瓷一端通过粘接和施加预应力方式刚性连接。金属多面体，上下端面可有螺孔或通孔，用于换能器的吊放、固定及成阵连接等。同时电缆出线孔亦置于其上。
[0016]所述的带筒辐射头的外形不限于锥形、弧形、多边形，可为一体成型的，也可以是筒和辐射头两部分分体加工如图7、8、9，其中部件8为辐射头，部件9为筒，二者通过螺栓紧固方式刚性连接成一体，分体筒材料可选择金属、非金属。不包含筒体部分的辐射头形状可为圆柱形、圆台形、多边形/弧形，辐射头内端面和压电陶瓷堆一端，通过粘接和施加预应力方式刚性连接。
[0017]所述的若干个压电陶瓷堆，每个压电陶瓷堆采用机械串联，电路并联的方式，陶瓷片间有电极片(陶瓷片)，并采用环氧粘接，压电陶瓷堆两端有陶瓷绝缘垫片，两端分别和带筒辐射头和中心质量块通过预应力连接杆和螺母连接。
[0018]所述的驱动压电陶瓷堆亦可采用其它有源功能材料，如超磁致伸缩材料、压电单晶、铁镓等。
[0019]换能器周向结构周期分布数量为不少于3个，实现水平无指向性。
[0020]进一步地，所述的换能器可以拓展为空间六面体结构及空间均布扩展的多面体结构，实现空间全指向性工作。
[0021]本专利技术的连接杆可以采用预应力连接杆。亦可采用其他形式的连接方式。
[0022]本专利技术的换能器不限于低频使用，亦可应用于高频。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0024]本专利技术提供一种多个带筒辐射头结构的换能器，利用辐射头端相比筒开口端声源级大的特性及多个辐射头声场叠加的贡献，实现大功率发射。采用一体辐射头结构，相比筒体辐射头分离方式，实现结构辐射质量增加，实现比同尺寸Janus
‑
Helmholtz换能器产生更低的工作频率，结构自耐压，可大深度作业使用，多个周向带筒辐射头结构实现了水平无指向性的声发射。空间均布扩展结构可实现深水、低频、大功率的空间全指向性声发射。本专利技术的换能器结构通过调节尺寸亦可拓展于无指向性的深水、高频大功率工作。
[0025]本专利技术可应用于水声通信、水下探测、勘探、水声对抗、海洋信息获取等领域。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1的十字形平面深水无指向性换能器的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例1的十字形结构用中心质量块的结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例2的三叉形平面深水无指向性换能器的结构示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例2的三叉形结构用中质量块结构示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例3的空间六面深水无指向性换能器的结构示意图；
[0031]图6为本专利技术的一体带筒辐射头结构示意图；
[0032]图7为本专利技术的分体筒和辐射头结构组装示意图；
[0033]图8为本专利技术的分体弧度筒和辐射头结构组装示意图；
[0034]图9为本专利技术的分体弧度筒和辐射头结构组装剖面图；
[0035]附图标记：1、压电陶瓷堆；2、中心质量块；3、带筒辐射头；4、螺母；5、连接杆；6、螺孔；7、孔；8、辐射头；9、筒。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深水无指向性换能器，其特征在于，所述换能器包括多面体形的中心质量块，在所述中心质量块的若干个周期性对称面的每一个面上均固定一个连接杆，连接杆上套设压电陶瓷堆，连接杆的另一端连接带筒辐射头；所述若干个周期性对称面的数量≥3。2.根据权利要求1所述的深水无指向性换能器，其特征在于，所述多面体形为三棱柱形或正方体形。3.根据权利要求1所述的深水无指向性换能器，其特征在于，若干个周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘慧生，尹义龙，赵志伟，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：