[发明专利]宽带换能器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种宽带换能器及其制备方法，包括灌封材料(1)、压电材料(2)、填充材料(3)、背衬材料(4)、换能器底座(5)、电缆(6)，压电材料(2)包括底面和底面上排列的阵列柱，压电材料(2)阵列柱之间填充有填充材料(3)，压电材料(2)底面作为辐射面，压电材料(2)辐射面朝外安装到背衬材料(4)上，背衬材料(4)连接换能器底座(5)，电缆(6)连接压电材料(2)的正极和负极，灌封材料(1)将连接好的压电材料(2)、填充材料(3)、背衬材料(4)、换能器底座(5)封装。本发明采用压电材料切割留底的方式，并将留底面作为辐射面，增大了换能器的有效辐射阻，提高了换能器的带宽与接收灵敏度。

技术领域

本发明涉及水声换能器技术领域，具体地涉及一种宽带换能器及其制备方法，尤其是一种高频耐压高灵敏度宽带换能器及其制备方法。

背景技术

高频宽带水声换能器可以广泛应用于水下无人航行器、航行前视避障、水下反恐警戒、水下近程锚雷或沉底雷的探测发现和图像识别等等。这是因为工作频率较高的声呐系统分辨率较高，可以识别尺寸较小的目标。高频宽带换能器还可以提升整个声呐系统的性能，因为它可以携带更多的信息进行水下探测与识别。宽带的换能器在信号传输方面也具有显著优势，如减少波形畸变，提高可靠性和保密性，降低误码率等等。随着对深海资源开发的需求，对高频换能器的耐压、宽带以及高灵敏度的要求越来越高。

高频换能器为获得较为纯净的模态，通常对压电陶瓷进行切割填注制备成1-3型压电复合陶瓷材料，其带宽为中心频率的15％左右。为了进一步拓展换能器带宽，通常采用添加匹配层的方法来实现。随着时间推移或换能器静压力的变化，匹配层的性能产生变化，从而导致换能器性能下降甚至失效。本发明通过改变1-3型压电复合材料制备方式，提高换能器工作带宽和接收灵敏度，不额外添加匹配层或其它材料，并提高了换能器的可靠性。

公开号为CN 107727746A的专利文献公开了一种双壳体开缝圆管水声换能器，包括双层金属壳体、设置在双层金属壳体内表面的镶拼压电陶瓷圆管，所述双层金属壳体包括双层段、与双层段圆滑连接的单层段，双层段由内壳体和外壳体构成，且内壳体与外壳体之间形成月牙形空腔，单层段的厚度是渐变的，在单层段厚度最小处设置有一纵向全开缝，所述镶拼压电陶瓷圆管由n片PZT-4压电陶瓷条与铜电极片粘接而成，压电陶瓷条沿切向极化，每相邻的两片压电陶瓷条的极化方向相反，且相邻两片压电陶瓷条之间设置有电极片。该方案的水声换能器具有小尺寸、超低频、大功率、结构简单等特点，然而，高频宽带换能器可以携带更多的信息进行水下探测与识别，该方案已不能满足对深海资源开发的需求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种宽带换能器及其制备方法。

根据本发明的一根方面，提供一种宽带换能器，包括灌封材料、压电材料、填充材料，所述压电材料包括底面和底面上排列的阵列柱，压电材料阵列柱之间填充有填充材料，压电材料底面作为辐射面，压电材料辐射面朝外安装到背衬材料上，背衬材料连接换能器底座，所述电缆连接压电材料的正极和负极，所述灌封材料将连接好的压电材料、填充材料、背衬材料、换能器底座封装。

优选地，所述压电材料阵列柱的宽度为0.5mm～8mm，所述压电材料阵列柱等间距均匀排列在压电材料底面上形成1-3型压电复合材料。

优选地，所述压电材料的厚度为1mm～25mm，所述压电材料底面的厚度为0.5mm～2mm。

优选地，所述压电材料采用PZT4、PZT5或PZT8。

优选地，所述填充材料的密度为1.0×10³kg/m³～2.2×10³kg/m³，声波在所述填充材料中的传播速度为1500m/s～2700m/s。

优选地，所述填充材料采用环氧树脂或聚氨酯。