[实用新型]全空间扫描式圆环换能器结构

说明书

本实用新型提供了一种全空间扫描式圆环换能器结构，包括垂直旋转结构、水平旋转结构和圆环换能器，通过圆环换能器进行声辐射，通过垂直旋转结构与水平旋转结构进行全空间扫描；所述的水平旋转结构安装在支撑转接板上，用于驱动支撑转接板水平旋转；支撑转接板与二块竖向支撑板固定连接，二块竖向支撑板之间设置有支撑框架，支撑框架上固定连接有圆环换能器，垂直旋转结构固定在竖向支撑板上并驱动支撑框架旋转，从而带动圆环换能器旋转。本实用新型的有益效果为：利用圆环换能器自带的低频指向性特征，采用全空间可控扫描的结构，实现：小尺寸、轻重量下换能器高声源级工作；可控的定向辐射方式，减弱混响影响；定向声辐射，减小接收定位难度。

技术领域

本实用新型涉及换能器领域，主要是一种全空间扫描式圆环换能器结构。

背景技术

圆环换能器是水声换能器中最为常见的换能器之一。在大功率发射的情况下通常采用多片陶瓷拼接而成，结构形式如图1所示。圆环换能器具有工艺成熟，功率容量大，耐静水压能力强、径向无指向性等优点。被广泛应用于水声探测、通讯等多个领域。

圆环换能器可以分为轴向与径向两个方向。其中径向响应起伏较小，可实现无指向性辐射；轴向声能量为轴向的同相叠加，响应较高，但指向性起伏较大，难以实现全向工作。在实际工作中，为了获得较好的水平指向性，圆环换能器通常采用径向辐射。这种工作方式在得到水平无指向性性能的同时也带来以下问题：

(1)垂直方向大量的声能量浪费，为了获得更高的声源级，换能器需多个换能器布阵，造成较大的浪费；

(2)垂直方向声能量向海面、海底辐射，巨大的混响严重影响声纳系统的探测性能；

(3)水平无指向性的辐射方式，使得目标定位困难，实际工作中常需要较长的拖线接收阵。为了分别左右舷，还需要双拖线接收阵。

圆环换能器轴向方向声场是由径向振动的同相叠加而成。当换能器高度较小时，径向振动在轴向均为同相叠加，轴向声源级远大于径向声源级。例如工作频率为1.5kHz的圆环换能器，换能器直径约为700mm，换能器高约200mm，谐振处轴向声源级比径向高约14dB。由对称性可知，垂直于轴向所在平面为无指向性；垂直于径向所在平面指向性起伏较大，如图2所示。

如图3所示，垂直于径向方向指向性中，90度方向为轴向方向，可以看出换能器-3dB开角约为60度；垂直于轴向指向性起伏小于0.5dB，近似为无指向性辐射。

圆环换能器的径向响应起伏较小，可实现无指向性辐射；轴向声能量为轴向的同相叠加，响应较高，但指向性起伏较大，难以实现全向工作。在工程应用中，为了获得水平无指向性的声辐射，通常将镶拼圆环换能器高度方向竖直布放。这种布放方式使得轴向更大的声源级得不到利用。为了获得较高的声源级，通常采用沿轴向多个换能器叠堆布放。为了实现与轴向相当的声源级，该尺寸的的圆环换能器需约5个换能器沿轴向密排布放，这样整个发射系统的尺寸、重量，供电系统的规模、供电线缆的尺寸等参数均需成比例增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种全空间扫描式圆环换能器结构，利用单个圆环换能器声辐射的指向性特点，结合机械扫描，实现全空间、高声源级、指向性的声辐射结构。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的。一种全空间扫描式圆环换能器结构，主要包括垂直旋转结构、水平旋转结构和圆环换能器，通过圆环换能器进行声辐射，通过垂直旋转结构与水平旋转结构进行全空间扫描；所述的水平旋转结构安装在支撑转接板上，用于驱动支撑转接板水平旋转；支撑转接板与二块竖向支撑板固定连接，二块竖向支撑板之间设置有支撑框架，支撑框架上固定连接有圆环换能器，垂直旋转结构固定在竖向支撑板上并驱动支撑框架旋转，从而带动圆环换能器旋转。