[发明专利]一种基于液腔结构的低频宽带高灵敏度水听器

说明书

本发明公开了一种基于液腔结构的低频宽带高灵敏度水听器，主要包括压电陶瓷圆管等，圆桶与径向极化的压电陶瓷圆管之间通过去耦垫片去耦，压电陶瓷圆管置于圆桶的底部，压电陶瓷圆管内侧壁接收声压信号，水听器内腔采用溢流结构设计，压电陶瓷圆管与圆桶之间采用空气背衬的形式以避免工作于静水压模式，压电陶瓷圆管顶端与圆桶之间通过安装端盖密封，压电陶瓷圆管内外壁的合适位置焊接正负极引线。本发明主要由压电陶瓷圆管配合适当的无源材料构成，通过两个共振频率不同的液腔模态和二者之间的压电陶瓷圆管径向振动模态耦合工作来提高接收灵敏度和工作带宽；结构简单，工艺过程简单可控，易于工程实现。

技术领域

本发明涉及水声换能器的领域，具体涉及一种基于液腔结构的低频宽带高灵敏度水听器。

背景技术

水声换能器是用于发射和接收声波的器件，按照功能可分为发射换能器、接收换能器和收发合置换能器。其中，接收换能器在水声学中通常称为水听器。低频宽带高灵敏度水听器的研制是增加声纳作用距离，提高声纳系统可靠性的技术关键，在水声避碰、水声通讯、水声遥控、鱼雷自导、水声应答、水雷声引信、声诱饵等很多军用和民用方向都有迫切的应用需求。

水声技术的快速发展，对换能器的性能指标提出越来越高的要求。对水听器而言，最重要的指标莫过于接收灵敏度。更高的灵敏度意味着更远的工作距离、更低的检测阈值。为提高水听器灵敏度，水声学者提出多种增敏结构，如带有空气背衬的复合棒水听器、罐式水听器、钹式水听器等。这些增敏结构大多借鉴于类似结构的发射换能器结构，因此也继承了它们的特点。

大部分水声应用对换能器都有带宽要求，因为较宽带宽能带来很多好处。首先，宽带换能器的工作频率覆盖较宽的频率范围，避免了不同频段需要不同换能器工作的问题，大大降低系统的复杂性、降低成本。无论是水声探测还是水声通信，都基于一定带宽的声波信号，信号的频段越宽所能携带的信息量也就越多。宽带发射或接收的换能器，能支持多通道调频编码，单位时间所发射或者接收的信息量大，传递效率高。同时，调频信号也使水声遥控指令可加靠性更高且不易被破解。而在目标识别、多频自导、声诱饵等应用中，换能器的工作带宽越宽，越能准确地捕捉或者模拟目标的声学特性。总之，拓展换能器的工作带宽对多种水声应用都甚有裨益，因此一直是换能器设计的一个重点研究方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于液腔结构的低频宽带高灵敏度水听器。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种基于液腔结构的低频宽带高灵敏度水听器，主要包括圆桶、端盖、去耦垫片、电缆硫化接口、压电陶瓷圆管、空气背衬、正负极引线，圆桶与径向极化的压电陶瓷圆管之间通过去耦垫片去耦，压电陶瓷圆管置于圆桶的底部并且压电陶瓷圆管上下端面和外侧壁被金属壳体屏蔽，压电陶瓷圆管内侧壁接收声压信号，水听器内腔采用溢流结构设计，压电陶瓷圆管与圆桶之间采用空气背衬的形式以避免工作于静水压模式，压电陶瓷圆管顶端与圆桶之间通过安装端盖密封，压电陶瓷圆管内外壁的合适位置焊接正负极引线，正负极引线的自由端穿过电缆硫化接口并连接水密电缆。

所述压电陶瓷圆管表面做相应的水密处理。

水听器处于流体声场中时，整个圆桶内的液柱将被激发出一个频率较低的液腔模态A，而被压电陶瓷圆管包围的流体所形成的液柱则产生一个频率较高的液腔模态B。

所述液腔模态A和液腔模态B所在两个液腔并联连接，又同时与压电陶瓷圆管串联，调整圆桶的结构尺寸能控制这两个液腔中模态出现的频率，使其与压电陶瓷圆管的径向谐振较好地衔接起来，形成有效的工作模态耦合。

所述圆桶底部设有底部圆孔。

所述圆桶的半径具有均匀、分段均匀和渐变的不同设计形式,其底部和桶壁设计有开孔、开缝以调节各个模态的频率和强度，其材料为不锈钢、钛合金等金属材料和纤维、玻璃纤维等高强度非金属材料。