[发明专利]一种压电复合三维矢量水听器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种压电复合三维矢量水听器及其制备方法，该矢量水听器包括球形基座，设置于球形基座上的多个水听器单元，水听器单元包括外保护层，设置于外保护层内的柔性衬底，沉积在柔性衬底上的有机/无机复合压电纤维薄膜，复合压电纤维薄膜上设有对称的叉指电极，叉指电极上连接有导线。该方法包括水听器单元，将水听器单元以一定规律周期性固定在球形基座的不同方位的表面上。本发明结构简单可靠易制作，体积小，性能稳定，具备多方位探测声波矢量信号并辨别出声音或压力传递方向的特点。

技术领域

本发明涉及一种水听器及其制备方法，尤其涉及一种压电复合三维矢量水听器及其制备方法。

背景技术

随着水下低频信号探测技术的不断进步，深海远距离勘探和研究得以飞速发展。目前用于深海勘探和研究大深度声纳线列阵等，作业深度可达水下500～4000米。这种环境条件下，包含压电水听器在内的声学传感器所承受的最大静水压可达到40MPa以上。作为上述声呐采集微弱声信号的核心部件，要求压电水听器具有小型、低频、宽带、高灵敏度、匹配简单等常规基本特征外，能够适合深海工作，具有耐高静水压能力和多方位声波矢量探测成为突出特点，同时要求具有良好的压力、温度、时间稳定性。

此前，作为水下低频信号探测用的压电水听器，按照所选材料分类主要有压电陶瓷式、PVDF薄膜式等，前者类型的水听器由于压电陶瓷材料的构造和材料特性，具有优良的抗压性能，因此工作深度较深，但其体积相对较大，制作和使用过程受限。后者类型的水听器，由于压电薄膜的特性一般具有较高的灵敏度，且制作简便，但由于其抗压性能相对较差，深海领域使用受限。

专利CN 102901981 A公开了一种耐高静水压小型压电水听器及其制作方法，提出了一种具有分段电极的压电陶瓷圆管、高强度聚氨酯包覆层、柔性橡胶封堵、定位环等组成的水听器，这种水听器能承受高静水压，并且性能根据需要可进行调节，但是，该水听器结构不能作为矢量水听器，探测多方位水声信号。

专利CN 110987157 A公开了一种悬臂梁挠曲电效应矢量水听器，包括固定基座、挠曲电介质材料、上下电极和外接调节电阻等组成的水听器，结构简单，操作方便，便于使用，通过多个水听器的有效组合，可以测得三维方向上的声波信号。但其密封防水性能有待商榷，水下工作受限。

发明内容

发明目的：本发明的第一个目的是提供一种可辨别水下声音或压力传递方向的多方位声波探测的矢量水听器。

本发明的第二个目的是提供一种矢量水听器的制备方法。

技术方案：本发明所述的压电复合三维矢量水听器，包括球形基座，设置于球形基座上的多个水听器单元，所述水听器单元包括外保护层，设置于所述外保护层内的柔性衬底，沉积在柔性衬底上的有机/无机复合压电纤维薄膜，所述复合压电纤维薄膜上设有对称的叉指电极，所述叉指电极上连接有导线。

优选地，所述有机/无机复合压电纤维薄膜内的纤维呈取向排布。

优选地，所述有机/无机复合压电纤维薄膜中的无机材料为BaTiO₃、BZT-BCT、Pb(ZrTiO₃)、PbTiO₃；所述有机材料为PVDF和/或P(VDF-TrFE)。

上述压电复合三维矢量水听器的方法，包括以下步骤：

(S1)将无机压电材料混入有机压电材料的溶胶中，形成混合溶胶；将混合溶胶在柔性衬底表面上沉积形成有机/无机复合压电纤维薄膜，并干燥；

(S2)在有机/无机复合纤维膜表面溅射叉指电极；在叉指电极两端口连接导线，经干燥、去氧化层处理；

(S3)在柔性衬底及有机/无机复合纤维膜的外表面分别涂覆保护层，固化后形成外保护层，得到水听器单元；

(S4)将多个水听器单元安装于球形基座上，制得所述压电复合三维矢量水听器。