宽波束高集成度声基阵模块和组合成阵方法技术

本发明专利技术涉及声基阵模块技术领域，具体涉及宽波束高集成度声基阵模块和组合成阵方法，所述声基阵模块包括多个纵振换能器、多功能接线盒和引出电缆，所述纵振换能器从上至下依次包括前盖板、陶瓷堆和后盖板，所述前盖板下方颈部侧面处设置有硫化橡胶凸台，所述多功能接线盒包括接线盒壳体和接线盒封盖，所述接线盒壳体端面按布阵间距要求开设有多个圆孔，所述纵振换能器的陶瓷堆和后盖板均伸入多功能接线盒内部空腔，多个纵振换能器的信号引出线在多功能接线盒内部转接至引出电缆处，本发明专利技术大大简化声基阵模块生产工艺，提高批量生产效率，实现重量减少50%、高度减少26%，阵上基元波束宽度、宽频带工作能力明显提升，具有显著的优势。势。势。

【技术实现步骤摘要】
宽波束高集成度声基阵模块和组合成阵方法


[0001]本专利技术涉及声基阵模块
，具体涉及宽波束高集成度声基阵模块和组合成阵方法。

技术介绍

[0002]多波束测深系统波束横向覆盖范围直接影响其作业效率，是衡量多波束测深系统能力的重要指标，以挪威KONGSBERG公司EM122深水多波束测深系统为例，其探测范围覆盖全海深(11000米)，横向覆盖范围达可达6～8倍水深，代表了世界上多波束测深系统的最高水平。为实现较宽的横向覆盖范围，多波束系统的发射阵和接收阵必须具有大角度波束扫描的功能，对于中高频多波束系统，实现超宽覆盖声基阵的方法多为通过基阵的自然指向性(构成弧形物理孔径)实现，如“V”形阵、“U”形阵、弧形阵等；但对于全海深多波束测深系统，声基阵尺寸大(1度系统声基阵孔径达8米)、与船底共形安装，基阵的形式一般都采用平面阵，必须要突破平面型声基阵的超宽波束覆盖关键技术，核心要求是阵上基元具有较宽的指向性，才能保证发射阵在大角度波束偏转时，仍可获得较高的发射声源级。
[0003]平面发射阵常采用的基元是纵振换能器，其波束宽度一般约80
°
左右，提升其波束宽度的方法一般有两种，一是改变换能器声辐射的形式，通过增加振动结构等方法，扩展波束宽度。如文献“宽带宽波束纵振换能器设计”(声学技术，2010年4月，第29卷第4期)，通过将后盖板向换能器前盖板方向延伸并斜向伸出形成一个裙边,由于裙边的振动与前盖板的振动同相叠加，增大了向换能器斜后方辐射的能量，因此可获得较宽的指向性。但是该方法只适用于单个换能器拓宽波束宽度，多个换能器组成平面阵后，受障板效应影响，其指向性往往变窄，无法满足要求。二是采用换能器与声学障板组合设计，通过调节障板类型、换能器与障板间距等，利用换能器辐射直达声和障板反射声的叠加，拓宽换能器指向性。该类方法相关的文献有：“一种带障板宽波束宽带纵振动换能器”(声学技术，2014年4月，第33卷第2期)、“发射换能器带障板特性分析”(声学与电子工程，2012年第2期)等，上述文献主要从障板对换能器性能影响角度进行了分析，且主要针对单个换能器配障板情况，换能器与障板也是个体独立封装，未涉及如何实现声基阵模块问题。
[0004]与本专利技术最为接近的技术方案有，文献“大角度波束扫描的宽带平面阵研究”(应用声学，第30卷第1期，2011年1月)、专利ZL200910153742.7:具有宽带、超宽覆盖性能的平面型声基阵，采用通道橡胶障板配合纵振换能器实现平面阵宽波束覆盖，但其具体实施上是采取了传统的换能器、安装架、声障板、接线盒及引出电缆等独立设计，各部件单独进行水密后再组装起来，生产工艺繁琐、生产周期长、成本高，不利于批量生产和产业化应用。
[0005]本专利技术主要解决问题是，提出一种宽波束高集成度声基阵模块方案，实现平面阵大角度波束覆盖。首先，实现平面阵基元宽指向性的设计具有相当大的技术难度，即使是单个基元在自由场空间具有相当宽的指向性，等换能器组成平面阵以后，其他基元和船底对它而言是如同一块无限大障板，其阵上指向性也会发生变化，必须统筹考虑换能器、声障板、相邻其他基元等影响因素，实现最优设计。其次，全海深多波束测深系统基阵规模大，声
基阵模块多(例如EM122发射阵含72个声基阵模块)，需在设计上充分考虑批量生产需求，减少模块内部组件数量、提高集成度、简化生产工序，如何实现高度集成的声基阵模块也是本专利技术主要需解决的问题。

技术实现思路

[0006]传统的声基阵设计方案一般采用换能器、安装架、接线盒及声学障板独立设计，存在组成部件多、生产工艺复杂、制作周期长、综合成本高等问题。例如要制作与本专利技术同样功能和性能的声基阵模块，首先制作纵振换能器并单独水密封装，包括前盖板硫化、振子组装、后盖板安装、侧封口硫化、安装电缆头等多项工序；同时还需制作反声障板，并把障板粘接在安装板上；然后将封装好的换能器依次安装固定在安装板上，并将换能器的输出电缆与接线盒进行对接；最终将完成接线的接线盒固定在安装板上，实现整体灌注集成。
[0007]本专利技术一方面开展换能器的优化设计，通过前盖板纵向振动和弯曲振动多模耦合以拓宽工作频带；另一方面全新设计发射模块的结构组成和装配工艺，将原先的“各部件单独硫化水密再整体灌注成型”变为“各部件不单独水密，全部装配完成后整体水密”，实现高集成度发射模块。
[0008]技术方案如下：
[0009]宽波束高集成度声基阵模块，所述声基阵模块包括多个纵振换能器、多功能接线盒和引出电缆，所述纵振换能器从上至下依次包括前盖板、陶瓷堆和后盖板，所述前盖板下方颈部侧面处设置有硫化橡胶凸台，所述多功能接线盒包括接线盒壳体和接线盒封盖，所述接线盒壳体端面按布阵间距要求开设有多个圆孔，圆孔与前盖板和硫化橡胶凸台配合实现水密，所述纵振换能器的陶瓷堆和后盖板均伸入多功能接线盒内部空腔，多个纵振换能器的信号引出线在多功能接线盒内部转接至引出电缆处，且引出电缆位于多功能接线盒外部一侧。
[0010]优选地，所述硫化橡胶凸台呈圆柱状，且硫化橡胶凸台外径与圆孔内径相匹配。
[0011]优选地，所述多功能接线盒外侧面设置有聚氨酯层。
[0012]优选地，所述接线盒封盖上后盖板下方安装有固定板。
[0013]优选地，所述前盖板下方颈部处设置有台阶面，硫化橡胶凸台通过台阶面与述前盖板下方颈部处卡接。
[0014]一种宽波束高集成度声基阵模块的组合成阵方法，根据声基阵工作频率的要求，纵振换能器前盖板的辐射面到接线盒壳体端面的距离设置在1/4λ到1/2λ之间(λ为对应工作频率水中波长)，用以获得宽波束的效果，相应地根据该距离要求设计前盖板颈部硫化橡胶凸台位置。
[0015]进一步的，多个声基阵模块通过组合成更大规模的声基阵，所述多功能接线盒的外形为平面或弧面交错，用以适应不同的布阵间距需求。
[0016]本专利技术的有益效果为：
[0017]通过纵振换能器与多功能接线盒高集成度设计，改变传统的纵振换能器单独封装模式，在纵振换能器前盖板的颈部设有硫化橡胶凸台，实现与接线盒的匹配水密；接线盒密闭腔体实现等效空气腔障板效果，通过优化设计换能器前盖板伸出接线盒的距离，可调节阵上基元的指向性，实现宽波束效果；接线盒壳体端面按换能器布阵间距打孔，圆孔与换能
器前盖板硫化橡胶凸台配合实现密封，接线盒壳体还起到支撑、定位各换能器阵元的作用，替代了传统声基阵中的基阵架或者安装架结构。
[0018]此外，多功能接线盒内部空腔还可供多路换能器基元信号引出线汇聚、转接至引出电缆处，无需再单独对换能器引出电缆水密、转接，大幅减少了水密连接器数量及硫化水密工序，与传统方案相比，本专利技术可实现重量减少50％、高度减少26％，阵上基元波束宽度、宽频带工作能力明显提升，具有显著的优势。
附图说明
[0019]图1为本专利技术宽波束高集成度声基阵模块和组合成阵方法的纵振换能器结构示意图；
[0020]图2为本专利技术宽波束高集成度声基阵模块和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.宽波束高集成度声基阵模块，其特征在于：所述声基阵模块包括多个纵振换能器（5）、多功能接线盒和引出电缆（11），所述纵振换能器（5）从上至下依次包括前盖板（1）、陶瓷堆（2）和后盖板（3），所述前盖板（1）下方颈部侧面处设置有硫化橡胶凸台（4），所述多功能接线盒包括接线盒壳体（6）和接线盒封盖（7），所述接线盒壳体（6）端面按布阵间距要求开设有多个圆孔（8），圆孔（8）与前盖板（1）和硫化橡胶凸台（4）配合实现水密，所述纵振换能器（5）的陶瓷堆（2）和后盖板（3）均伸入多功能接线盒内部空腔，多个纵振换能器（5）的信号引出线在多功能接线盒内部转接至引出电缆（11）处，且引出电缆（11）位于多功能接线盒外部一侧。2.根据权利要求1所述的宽波束高集成度声基阵模块，其特征在于：所述硫化橡胶凸台（4）呈圆柱状，且硫化橡胶凸台（4）外径与圆孔（8）内径相匹配。3.根据权利要求1所述的宽波束高集成度声基阵模块，其特征在于：所述多功能接线盒...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝浩琦，姚成章，谢民，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：