[发明专利]一种深水宽带球形换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种能广泛应用于深海水声探测的仪器。特别涉及一种深水宽带球形换能器。

背景技术

占地球表面71％的海洋一直以来都是人们获得食物来源、矿藏资源的重要场所。人类自远古以来就临海而居、捕鱼为食，海洋一直是人类获得食物的重要来源。到了现代随着地球生存空间的日益拥挤和矿藏资源的日渐枯竭，海洋里蕴含着的丰富鱼类和矿藏资源就显得更具吸引力。以锰为例，据2008年的统计资料表明我国的锰矿资源为2.3亿吨，而仅太平洋下的锰结核所包含的储量就至少有17000亿吨，而且海底矿藏还具有不需开挖，富集度高的优点，这给开发利用带来了极大的便宜。除此之外，海洋还是保家卫国、抵御侵略的主要战场。第二次工业革命以后，随着大型轮船的发明，曾作为国家自然屏障的大海已不再能有效拒敌，如何能有效的发现敌人打击侵略成为一项重要的战略任务。我们知道光波和无线电波等小波长的波在海水中不能够有效传播。声音是目前已知的最为有效的水下探测手段。经过几十年的发展已经研制了许许多多的满足各种指标的水下发声器件。然而海洋平均深度为3700米，这么深的海水会产生370个大气压的静水压力，如此大的静水压力会导致常规的换能器毁坏和失效。如何在如此大的静水压力环境下进行有效的发声一直以来是换能器研究人员所关心的问题。

在深海探测、成像、通讯等领域中经常应用到宽带、耐压、无空间指向性又具有高灵敏度的换能器声源和声信号接收器。实现耐静水压的主要手段有压力平衡、压力释放、压力补偿等。目前绝大部分的深水工作的换能器都是采用压力平衡的设计方法，对压力释放和压力补偿这两种耐压机制研究得很少。充油和溢流设计通常采用压电圆环作为有源材料，同时利用压电圆管和管内液腔激发的双重谐振模态来实现宽带发射。然而由于圆环内外壁都同时参与辐射，辐射时内外壁相位相反，从而体积位移相互抵消，辐射效率不高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够在耐静水压下高效辐射的宽带无空间指向性水下声信号发生器。

为实现上述发明目的，本发明提出一种深水宽带球形换能器。该换能器包括：压电陶瓷球1、螺母11、穿孔螺钉6、电缆头8、水密头9、电缆10、耐压壳体和水密层4；

所述的电缆10在所述电缆头8的出电缆端处包覆有所述的水密头9；所述电缆头8的灌注端与所述压电陶瓷球1通过穿孔螺钉6和螺母11连接于一体；

所述压电陶瓷球1外覆盖有耐压壳体；

所述电缆头8的灌注端和所述耐压壳体外一体包覆有所述水密层4；

其特征在于，

所述的耐压壳体由内而外依次包括：柔顺层2和耐压层3；所述的柔顺层2和所述的耐压层3采用不同的材料灌注，所述的柔顺层的材料参数的模量范围为1×10⁶Pa到1×10¹¹Pa；所述的耐压层的材料参数的模量范围为1×10⁷Pa到3×10¹¹Pa；所述的耐压层的材料参数的模量比所述的柔顺层的材料参数的模量相差0Pa到3×10¹¹Pa。

所述的耐压壳体由内而外依次包括：柔顺层2和耐压层3；两层介质作为压力释放机制；如果压力作用在所述的换能器表面上，则大部分力载荷被耐压层3吸收，大部分位移载荷被柔顺层2吸收，最后只有小部分力载荷和位移载荷作用到压电陶瓷球1的表面上。

所述的柔顺层2采用无机掺杂改性的环氧材料制成；所述的柔顺层2的厚度为0.5mm～20mm。

所述的耐压层3采用金属材料或浇注型环氧材料；所述的耐压层3的厚度为1.5mm～50mm。

所述的水密层4采用聚氨酯橡胶材料；所述的水密层4的厚度为1.5mm～30mm。

所述的压电陶瓷球1采用PZT-5压电陶瓷球。

所述的水密头9采用的材料是硫化橡胶。

该换能器还包括：

两个去耦垫5，所述的去耦垫5套设在所述的穿孔螺钉6的杆上，其中，一个位于穿孔螺钉头和压电陶瓷球1内壁之间，另一个位于螺母11和压电陶瓷球1外壁之间；和

一硅胶去耦管7，该硅胶去耦管7套设在所述的穿孔螺钉6的杆和压电陶瓷球1的开孔之间，位于两个去耦垫5之间。