活塞式压电复合板，水声换能器及制备方法技术

一种活塞式压电复合板，水声换能器及制备方法。其中，所述活塞式压电复合板被配置为圆柱形，所述活塞式压电复合板由内复合板和外复合板拼接而成；所述内复合板被配置为与所述活塞式压电复合板同心等高的圆柱形，所述外复合板被配置为与所述内复合板同心等高的圆环柱形，所述外复合板套设于内复合板的外侧；所述内复合板和外复合板均采用1

【技术实现步骤摘要】
活塞式压电复合板，水声换能器及制备方法


[0001]本专利技术属于水下探测
，具体来说涉及一种水声换能器的活塞式压电复合板，以及包含该活塞式压电复合板的水声换能器，以及一种对水声换能器的制备方法。

技术介绍

[0002]声呐是一种利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理进行导航和测距的技术而水声换能器是声呐系统中作为系统设备与介质进行信息传输的关键设备：在发射信号时，系统产生一定频带的电信号激发换能器振动，产生声波辐射入介质中；在接收信号时换能器接收介质中的声波信号转换为电信号，进而系统进行信号处理。实践中，为取得更大的通信带宽和更高的探测精度，要求水声换能器能够兼顾宽带和低旁瓣的特点。现有技术中拓展带宽的一种方法是增大压电材料的损耗：换能器的机械品质因数为Qm，机械共振频率为f0，换能器的频带宽带为
△
f(
‑
3dB)。三者的关系式为：Qm＝f0/
△
f，Qm值越低带宽
△
f越大。因此通过在压电材料中添加高分子聚合物来增大压电材料的损耗，可降低Qm值增大带宽。但Qm值较低时也相应降低了换能器的灵敏度。现有技术中降低旁瓣的一种方法是通过电路部分控制换能器基阵的各路阵元的相位与幅度，通过加权的手段实现低旁瓣，但该方法会增加电子部分的功率、复杂度，降低系统的可靠型和稳定性。(童晖,周益明,王佳麟等，高频宽带换能器研究,声学技术,2013,32(06):524
‑
527)公开了通过使换能器在工作频段内产生多种振动模态，且使多种振动模态在该频率范围内耦合起来以增大带宽的方法。(张彬,周博文,童晖等.一种低旁瓣圆形活塞高频换能器研究，声学技术，2021,40(03):435
‑
438)则公开了以圆形活塞圆心为中心，在一定宽度的圆环区域内去除压电颗粒，通过去环结构的设计降低旁瓣的方案。目前，如何在上述方案基础上进一步优化水声换能器的结构还在不断探索和研究过程中。

技术实现思路

[0003]本专利技术的第一目的为提供一种活塞式压电复合板，其在应用于水声换能器中时，相对于现有同类产品能够取得更大的带宽和更低的旁瓣。
[0004]本专利技术的第二目的为提供一种包含上述活塞式压电复合板的水声换能器。
[0005]本专利技术的第三目的为提供一种生产上述水声换能器的制备方法。
[0006]本专利技术提供的第一种方案为一种活塞式压电复合板，所述活塞式压电复合板被配置为圆柱形，所述活塞式压电复合板由内复合板和外复合板拼接而成；所述内复合板被配置为与所述活塞式压电复合板同心等高的圆柱形，所述外复合板被配置为与所述内复合板同心等高的圆环柱形，所述外复合板套设于内复合板的外侧；所述内复合板和外复合板均采用1
‑
3型压电复合材料制成，且所述内复合板的压电阵子密度高于所述外复合板的压电阵子密度。
[0007]优选的是，所述外复合板的数量被配置为至少2个，且活塞式压电复合板上位于径向外侧的外复合板的压电阵子密度低于活塞式压电复合板上位于径向内侧的外复合板的
压电阵子密度。
[0008]优选的是，所述外复合板的数量被配置为不超过5个。
[0009]优选的是，所述外复合板的数量被配置为2个，内复合板上压电阵子的体积百分比为60％
‑
90％，活塞式压电复合板上位于径向内侧的外复合板上压电阵子的体积百分比为30％
‑
70％，活塞式压电复合板上位于径向外侧的外复合板上压电阵子的体积百分比为20％
‑
40％。
[0010]本专利技术提供的第二种方案为一种水声换能器，其包括：
[0011]上述的活塞式压电复合板；
[0012]负电极层，所述负电极层被配置为被覆于所述活塞式压电复合板的上表面；
[0013]正电极层，所述正电极层被配置为被覆于所述活塞式压电复合板的下表面；
[0014]背衬，所述背衬被配置为被覆于所述正电极层的下表面；
[0015]匹配层，所述匹配层被配置为被覆于所述负电极层的上表面；
[0016]下壳体，所述下壳体被配置为与背衬背向正电极层的一面粘结固定；
[0017]上壳体，所述上壳体被配置为与下壳体配合构成封装体，用于将活塞式压电复合板，正电极层，负电极层，背衬和匹配层封装于所述封装体的内部；
[0018]正电极引线，所述正电极引线被配置为其一端伸入封装体内与所述正电极层固定连接；
[0019]负电极引线，所述负电极引线被配置为其一端伸入封装体内与所述负电极层固定连接。
[0020]优选的是，所述上壳体采用防水透声层构成。
[0021]优选的是，所述匹配层包括至少2个子匹配层，所述至少2个子匹配层沿垂直方向依序堆叠。
[0022]优选的，所述子匹配层的数量为2个或3个。
[0023]本专利技术提供的第三种方案为一种水声换能器的制备方法，包括如下步骤：
[0024]步骤001:分别切割取得内复合板和外复合板；
[0025]步骤002：将所述内复合板和外复合板拼接为活塞式压电复合板，并将所述内复合板和外复合板沿一致的切割方向对齐摆正；
[0026]步骤003：将环氧树脂灌注至所述活塞式压电复合板表面的缝隙中，将活塞式压电复合板进行抽真空处理以排除气泡；
[0027]步骤004：打磨活塞式压电复合板的厚度；
[0028]步骤005：在活塞式压电复合板的上表面均匀被覆负电极层并在负电极层上焊接负极引线，在活塞式压电复合板的下表面均匀被覆正电极层并在正电极层上焊接正极引线；
[0029]步骤006：在负电极层的上表面粘结匹配层，在正电极层的下表面粘结背衬；
[0030]步骤007：打磨匹配层的厚度直至满足多谐振峰耦合拓展带宽；
[0031]步骤008：在背衬上装配下壳体，形成装配体；
[0032]步骤009：将装配体置于灌封磨具内并灌注防水透声层作为上壳体，完成封装。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0034]首先，本专利技术在1
‑
3型压电复合材料的方案基础上，通过减少外圆环中的压电阵子
密度，进一步结合振动模态耦合的方案，使水声换能器相比于现有同类产品取得更大的带宽和更低的旁瓣。此外，本专利技术的技术方案结构简单，便于制备，能够大量生产并广泛应用于水下目标探测、水声通信、海洋勘测、水声导航等多个应用场景。
附图说明
[0035]图1为实施例1中水声换能器的剖面结构示意图；
[0036]图2为实施例1中水声换能器的立体结构示意图，本图中省略了水密电缆，下壳体和上壳体；
[0037]图3为实施例1的活塞式压电复合板的结构示意图；
[0038]图4为实施例1中水声换能器的制备流程示意图；
[0039]图5为实施例1中活塞式压电复合板的水中电导图；
[0040]图6为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活塞式压电复合板，其特征在于：所述活塞式压电复合板被配置为圆柱形，所述活塞式压电复合板由内复合板和外复合板拼接而成；所述内复合板被配置为与所述活塞式压电复合板同心等高的圆柱形，所述外复合板被配置为与所述内复合板同心等高的圆环柱形，所述外复合板套设于内复合板的外侧；所述内复合板和外复合板均采用1
‑
3型压电复合材料制成，且所述内复合板的压电阵子密度高于所述外复合板的压电阵子密度。2.如权利要求1所述活塞式压电复合板，其特征在于：所述外复合板的数量被配置为至少2个，且活塞式压电复合板上位于径向外侧的外复合板的压电阵子密度低于活塞式压电复合板上位于径向内侧的外复合板的压电阵子密度。3.如权利要求2所述活塞式压电复合板，其特征在于：所述外复合板的数量被配置为不超过5个。4.如权利要求2所述活塞式压电复合板，其特征在于：所述外复合板的数量被配置为2个，内复合板上压电阵子的体积百分比为60％
‑
90％，活塞式压电复合板上位于径向内侧的外复合板上压电阵子的体积百分比为30％
‑
70％，活塞式压电复合板上位于径向外侧的外复合板上压电阵子的体积百分比为20％
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40％。5.一种水声换能器，其特征在于，包括如权利要求1
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4任一项所述的活塞式压电复合板；还包括：负电极层，所述负电极层被配置为被覆于所述活塞式压电复合板的上表面；正电极层，所述正电极层被配置为被覆于所述活塞式压电复合板的下表面；背衬，所述背衬被配置为被覆于所述正电极层的下表面；匹配层，所述匹配层被配置为被覆于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彬，童晖，周博文，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所东海研究站，
类型：发明
国别省市：