[发明专利]一种宽带宽波束纵振换能器

说明书

技术领域

本发明主要涉及水声换能器领域，主要是一种宽带宽波束纵振换能器。

背景技术

在海洋探测和海洋开发活动中，普遍采用以声波作为检测手段的海洋仪器。在种类繁多的海洋仪器中，一般都希望水下声基阵具有大角度波束扫描的能力，以尽可能的扩大其探测范围。以最具代表性的是多波束测深系统为例，其相比传统测深系统的显著优势在于，其工作时发射和接收多个不同指向角的波束，形成一个扇形声传播区，通过计算单个波束的波束中心以及某一点回波的斜距，从而得到多个水深点数据，能对测区进行全范围无遗漏扫测，极大的提高了海底测绘的效率和精度。国际上主流的第三代深水多波束测深系统，标称水平覆盖范围达到垂直水深的5～6倍，扇面角最大可达150度，这对水下声基阵提出了较高的要求。为在较大的扇面角里实现大角度波束扫描，阵上的阵元必须要有足够宽的指向性，才能保证主波束偏转到边缘角度时，接收灵敏度级不会下降太多；另外，只有阵元的指向性达到一定的宽度时才能保证主波束偏离角(信号延迟相位角与声场实际波束转动角之间的差异)比较小，从而实现覆盖整个扇面角的波束扫描。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种有宽频带工作性能，较小的体积和重量，便于成阵使用的宽带宽波束纵振换能器。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种宽带宽波束纵振换能器，主要包括前盖板、后盖板和陶瓷晶堆，陶瓷晶堆固定于前盖板上，后盖板与前盖板相配合，后盖板压于陶瓷晶堆上并向前盖板处延伸，形成后盖板延伸段，后盖板延伸段包在陶瓷晶堆外，后盖板延伸段靠近前盖板处斜向伸出，形成后盖板裙边，后盖板上设有预应力螺杆，预应力螺杆穿过陶瓷晶堆固定在前盖板上。

所述陶瓷晶堆由若干个陶瓷片并联连接组成。

所述后盖板裙边的斜向伸出角度为20°～80°。

本发明有益的效果是：本发明采取后盖板裙边这一特殊设计方式，来拓宽纵振换能器的指向性，满足平面阵大角度波束扫描的要求，后盖板裙边的引入增大了换能器的辐射面积，降低了换能器的谐振频率和Q值，同时换能器的纵向振动和前盖板的弯曲振动相耦合，从而产生两个谐振峰，进一步拉宽了换能器的发送电压响应带宽。与传统的纵振换能器相比，具有以下特点：

1)换能器的指向性较宽，传统的纵振换能器其波束宽度(-3dB)一般在90度左右，而采用本方案设计的换能器，根据不同的裙边长度和斜向伸出角度，波束宽度可达130度～180度之间。

2)换能器的工作带宽较宽，后盖板裙边参与振动，增大了整个换能器的辐射面面积，从而增加了辐射阻抗，使换能器的谐振频率和Q值降低、带宽变宽；同时合理设计换能器前盖板的尺寸，使换能器的纵向振动和前盖板的弯曲振动相耦合，从而产生两个谐振峰，进一步拉宽了换能器的发送电压响应带宽。其发送电压响应带宽(-3dB)可以达到一个倍频程以上。

3)同相同中心频率的传统纵振换能器相比，该方案设计的换能器具有宽频带、宽波束、尺寸小、重量轻的特点，更适宜作为水下声基阵的基元使用，满足声纳系统进行大角度波束扫描的需要。

附图说明

图1是本发明的剖视结构示意图；

图2是本发明后盖板的剖视结构示意图；

图3是本发明前盖板结构示意图；

图4是本发明的实测发送电压响应图；

图5是本发明的实测指向性图。

附图标记说明：前盖板1，陶瓷晶堆2，后盖板3，预应力螺杆4，后盖板延伸段5，后盖板裙边6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：