專利名稱：一種基于慢波導技術的雙諧振寬帶寬波束耐深水換能器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水聲換能器技術領域，主要是一種基于慢波導技術的雙諧振寬帶寬波 束耐深水換能器。
背景技術：
隨著水聲通信技術和深海探測技術的不斷發(fā)展，對具有耐深水、寬帶特性，能寬波 束發(fā)射聲波的換能器提出了要求，但由于種種原因，目前采用的方法都存在一定的局限性。 主要有1、縱彎換能器加反聲障板，這種方法通過縱振加前蓋板彎曲模式耦合工作來實現(xiàn) 換能器的寬帶工作，通過聲障板的反聲作用來拓寬換能器的波束寬度，但其存在不能在幾 千米深的水下工作的缺陷。2、采用壓電陶瓷球冠作為功能元件，利用陶瓷球的自身全向振 動特性來獲取寬波束，同時通過減小自身阻抗與輻射阻抗比來獲取高帶寬，但其存在壓電 陶瓷球制作難，換能器成本高的缺陷，最關鍵的是其阻抗平坦性不夠好的問題。3、普通溢流 環(huán)換能器，作為一種通用的換能器，顯示出了寬帶、小體積、耐深水等特性。但采用內(nèi)外連 通的設計方法決定了這種換能器的垂直指向性通常為“⑴”形，不適宜在較寬聲場空間內(nèi)使 用，使得該換能器在有些需要特定指向性的場合無法適用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種基于慢波導技術的雙諧振 寬帶寬波束耐深水換能器，尤其適用于具有耐深水特性，能寬帶工作、水平無指向性、垂直 寬波束的換能器技術領域。本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案這種基于慢波導技術的雙諧振寬帶寬波 束耐深水換能器，包括不銹鋼后座、密封螺釘、去耦層、梯形陶瓷條、銅電極片、玻璃布帶和 不銹鋼絲、橡皮囊，橡皮囊的內(nèi)部填充有甲基硅油，不銹鋼后座上設置有進油孔、出油孔和 電極引出端；梯形陶瓷條和銅電極片在圓周方向通過環(huán)氧膠粘接固化排列成一個圓環(huán)，梯 形陶瓷條的電極為并聯(lián)連接，圓環(huán)外側依次設置用于施加預應力的玻璃布帶和不銹鋼絲， 構成完整的壓電拼鑲陶瓷環(huán)；將壓電拼鑲陶瓷環(huán)中正負極連接導線通過電極引出端引出， 電極引出端通過環(huán)氧膠與不銹鋼后座粘接密封連接。所述的壓電拼鑲陶瓷環(huán)設置在橡皮囊內(nèi)側，壓電拼鑲陶瓷環(huán)的上方設置有去耦 層，去耦層上方設置有不銹鋼后座，不銹鋼后座外徑與橡皮囊內(nèi)徑接觸部位通過氯丁膠粘 接，構成換能器外部結構。所述壓電拼鑲陶瓷環(huán)通過橡皮囊內(nèi)側的臺階上下定位連接，通過內(nèi)外徑的配合周 向定位連接。本發(fā)明將慢波導技術應用于溢流環(huán)換能器，即改變了溢流環(huán)換能器腔體內(nèi)液體介 質(zhì)的柔性系數(shù)和特性參數(shù)。其作用在于使得換能器在發(fā)揮普通溢流環(huán)換能器優(yōu)點如寬帶特 性、水平無指向性、耐深水特性的同時，實現(xiàn)寬波束特性。其原理是慢波導介質(zhì)不改變溢流 環(huán)換能器具有液腔頻率和徑向頻率的特征，只是由于其低聲速特性，使得聲波在圓環(huán)軸向上的相位產(chǎn)生延遲，從而可形成類似心臟形的垂直指向性。要保證換能器在寬帶和寬波束 性能上的兼顧，則須通過對換能器拼鑲圓環(huán)特性參數(shù)和液腔高度的合理設計，設計的關鍵 在于在徑向頻率確定的情況下，盡可能減小圓環(huán)的直徑，以提高液腔頻率，從而提高徑向 頻率和液腔頻率的耦合度。本發(fā)明有益的效果是本發(fā)明采用的方式是用梯形陶瓷條和電極銅皮結合來實現(xiàn) 圓環(huán)幾乎完全是陶瓷，從而有效降低了圓環(huán)的直徑。在提高換能器兩階頻率間的耦合度的 情況下，便提高了換能器的阻抗平坦性，最終提高換能器的響應平坦性。另外，還須在與原 有溢流環(huán)換能器的有效配合的基礎上，調(diào)節(jié)慢波導介質(zhì)的高度，這里慢波導介質(zhì)的高度取 陶瓷環(huán)高度的1.5倍左右為宜，從而實現(xiàn)寬頻帶范圍內(nèi)較寬的垂直波束寬度。
圖1是本發(fā)明的主視結構示意圖；圖2是本發(fā)明的左視結構示意圖；圖3是本發(fā)明的俯視結構示意圖；圖4是本發(fā)明的爆炸結構示意圖。圖中1-不銹鋼后座，2-密封螺釘，3-去耦層，4-梯形陶瓷條，5-銅電極片，6_玻 璃布帶和不銹鋼絲，7-橡皮囊，8-甲基硅油，9-進油孔，10-出油孔，11-電極引出端。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明如圖所示，這種基于慢波導技術的雙諧振寬帶寬波束耐深水換能器，包括不銹鋼 后座1、密封螺釘2、去耦層3、梯形陶瓷條4、銅電極片5、玻璃布帶和不銹鋼絲、橡皮囊7，橡 皮囊7的內(nèi)部填充有甲基硅油8，不銹鋼后座1上設置有進油孔9出油孔10和電極引出端 11 ；梯形陶瓷條4和銅電極片5在圓周方向通過環(huán)氧膠粘接固化排列成一個圓環(huán)，梯形陶瓷 條4的電極為并聯(lián)連接，圓環(huán)外側依次設置用于施加預應力的玻璃布帶和不銹鋼絲6，構成 完整的壓電拼鑲陶瓷環(huán)；將壓電拼鑲陶瓷環(huán)中正負極連接導線通過電極引出端11引出，電 極引出端11通過環(huán)氧膠與不銹鋼后座1粘接密封連接。所述的壓電拼鑲陶瓷環(huán)設置在橡 皮囊7內(nèi)側，通過橡皮囊7內(nèi)側的臺階上下定位連接，通過內(nèi)外徑的配合周向定位連接。壓 電拼鑲陶瓷環(huán)的上方設置有去耦層3，去耦層3上方設置有不銹鋼后座1，不銹鋼后座1外 徑與橡皮囊7內(nèi)徑接觸部位通過氯丁膠粘接，構成換能器外部結構。本發(fā)明的實現(xiàn)須經(jīng)過下列幾個步驟步驟1、拼鑲壓電圓環(huán)制作將梯形陶瓷條4、銅電極片5在圓周方向通過環(huán)氧膠粘接固化排列成一個圓環(huán)，陶 瓷條的電極為并聯(lián)連接，環(huán)外側依次采用玻璃布帶和不銹鋼絲6施加預應力，最終構成完 整的壓電拼鑲陶瓷環(huán)。步驟2 換能器成型將步驟1制成的壓電拼鑲陶瓷環(huán)放入橡皮囊7內(nèi)側，通過橡皮囊7內(nèi)側的臺階進 行上下定位，通過內(nèi)外徑的配合進行周向定位，再將直徑基本與陶瓷環(huán)相同的軟木橡膠制 成的去耦層3到陶瓷環(huán)的上方，再將不銹鋼后座1放到去耦層3上方，不銹鋼后座1外徑與橡皮囊內(nèi)徑接觸部位，采用氯丁膠粘接，構成換能器外部結構。在制成的換能器外部結構的基礎上，將陶瓷環(huán)中正負極連接導線通過電極引出端 11引出，并用環(huán)氧膠將電極引出端11與不銹鋼后座1進行粘接密封。步驟3、換能器充甲基硅油在步驟2的基礎上，從進油孔9對換能器充入甲基硅油，再通過出油孔10排氣，并 觀察油灌滿情況，待油灌滿后，用密封螺釘2分別將進油孔9和出油孔10密封。換能器裝配好后，當將該換能器放入水中，并通過電極引出端11對換能器施加電 信號時，其具有下列特征①、由慢波導介質(zhì)即內(nèi)部填充甲基硅油7形成的液柱與陶瓷環(huán)共 振具有明顯的液腔共振頻率；②、陶瓷環(huán)徑向振動具有明顯的徑向共振頻率；③、由于慢波 導介質(zhì)的低聲速特性可使原本圓環(huán)外側與內(nèi)側的反相振動產(chǎn)生相位延遲，從而使圓環(huán)換能 器在軸向形成類似心臟形的指向性；④、由于橡皮囊的柔軟和可伸縮特性，加上換能器內(nèi)部 填充的甲基硅油使得換能器能承受高靜水壓力。本發(fā)明較好地解決了深海水聲通信換能器所需的寬帶、寬波束、耐深水等技術難 題。本發(fā)明的特征是將慢波導技術應用于溢流環(huán)換能器，即改變了普通溢流環(huán)換能器腔體 內(nèi)液體介質(zhì)的柔性系數(shù)和特性阻抗。其作用在于使得在發(fā)揮溢流環(huán)換能器優(yōu)點如寬帶特 性、水平無指向性、耐深水特性的同時，可通過對換能器拼鑲圓環(huán)和液腔高度的合理設計， 提高換能器液腔頻率和徑向頻率之間的耦合度，進而提高換能器的阻抗平坦性，最終提高 換能器的響應平坦性；還可通過調(diào)節(jié)慢波導介質(zhì)的特性參數(shù)，加上與原有溢流環(huán)換能器的 有效配合，可通過在圓環(huán)軸向上的相位延遲形成類似心臟形的垂直指向性。除上述實施例外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要 求的保護范圍。
權利要求
1.一種基于慢波導技術的雙諧振寬帶寬波束耐深水換能器，其特征是包括不銹鋼后 座(1)、密封螺釘( 、去耦層( 、梯形陶瓷條(4)、銅電極片( 、玻璃布帶和不銹鋼絲和橡 皮囊(7)，橡皮囊(7)的內(nèi)部填充有甲基硅油(8)，不銹鋼后座(1)上設置有進油孔(9)、出 油孔(10)和電極引出端(11)；梯形陶瓷條⑷和銅電極片(5)在圓周方向通過環(huán)氧膠粘接 固化排列成一個圓環(huán)，梯形陶瓷條的電極為并聯(lián)連接，圓環(huán)外側依次設置用于施加預 應力的玻璃布帶和不銹鋼絲(6)，構成完整的壓電拼鑲陶瓷環(huán)；將壓電拼鑲陶瓷環(huán)中正負 極連接導線通過電極引出端(11)引出，電極引出端(11)通過環(huán)氧膠與不銹鋼后座⑴粘 接密封連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于慢波導技術的雙諧振寬帶寬波束耐深水換能器，其特征 是所述的壓電拼鑲陶瓷環(huán)設置在橡皮囊(7)內(nèi)側，壓電拼鑲陶瓷環(huán)的上方設置有去耦層 (3)，去耦層(3)上方設置有不銹鋼后座(1)，不銹鋼后座(1)外徑與橡皮囊(7)內(nèi)徑接觸部 位通過氯丁膠粘接，構成換能器外部結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于慢波導技術的雙諧振寬帶寬波束耐深水換能器，其特征 是所述壓電拼鑲陶瓷環(huán)通過橡皮囊(7)內(nèi)側的臺階上下定位連接，通過內(nèi)外徑的配合周 向定位連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于慢波導技術的雙諧振寬帶寬波束耐深水換能器，包括不銹鋼后座、密封螺釘、去耦層、梯形陶瓷條、銅電極片、玻璃布帶和不銹鋼絲、橡皮囊，橡皮囊的內(nèi)部填充有甲基硅油，不銹鋼后座上設置有進油孔、出油孔和電極引出端；梯形陶瓷條和銅電極片在圓周方向通過環(huán)氧膠粘接固化排列成一個圓環(huán)，梯形陶瓷條的電極為并聯(lián)連接，圓環(huán)外側依次設置用于施加預應力的玻璃布帶和不銹鋼絲，構成完整的壓電拼鑲陶瓷環(huán)；將壓電拼鑲陶瓷環(huán)中正負極連接導線通過電極引出端引出，電極引出端通過環(huán)氧膠與不銹鋼后座粘接密封連接。本發(fā)明有益的效果是本發(fā)明采用的方式是用梯形陶瓷條和電極銅皮結合來實現(xiàn)圓環(huán)幾乎完全是陶瓷，從而有效降低了圓環(huán)的直徑。在提高換能器兩階頻率間的耦合度的情況下，便提高了換能器的阻抗平坦性，最終提高換能器的響應平坦性。
文檔編號H04R1/44GK102118664SQ20111008433
公開日2011年7月6日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者劉文靜, 周利生, 孔海防, 李建成, 葛輝良, 謝民, 鄭震宇 申請人:中國船舶重工集團公司第七一五研究所