[发明专利]一种压阻式离子聚合物水听器结构

说明书

本发明公开了一种压阻式离子聚合物水听器结构，属于水下声学压力传感技术领域。包括金属基座外壳、塑料背衬、下电极片、离子聚合物传感材料、上电级片、碳纤维板、空心圆形金属盖、金属盖外壳。塑料背衬位于金属基座外壳内部，通过4枚螺丝固定；所述上电极片粘贴于碳纤维板下方；所述空心圆形金属盖、碳纤维板和上电极片分别紧密接触，并通过4枚螺丝仅仅固定于金属盖外壳上端。导线与下电极片相连接形成串联，并通过导线槽引致金属基座外壳外部。通过上下金属壳体间的螺纹精确控制上电级片与离子聚合物间的距离，高效保障离子聚合物变形前的初始体积状态，能有效提升水听器的探测量程范围，从而有效提升其探测灵敏度、稳定性及探测精度。

技术领域

本发明属于水下声学压力传感技术领域，具体涉及一种压阻式离子聚合物水听器结构。

背景技术

水听器作为声纳系统最重要的组成部分，有“水中设备之耳”之称。军事中常被安装到潜艇上，监听目标发出的噪声，判断出目标的位置和速度等特性。然而，随着潜艇减振降噪和舰船隐身技术的进步，其辐射噪声频率逐渐降低至1000Hz以下，且辐射噪声甚至低于海洋环境噪声。这无疑不对主要以高频探测为主的传统声纳系统提出了新的性能要求。而近二十年来出现了一类新型智能材料——电活性聚合物，在外力作用下，由于电活性聚合物发生变形或分子构型变化导致其电参数发生显著变化或直接产生电响应，具有较高灵敏度。此外，由于其具有低机械阻抗和声阻抗的特性，与水的声阻抗率(1.5MPa·s/m)十分接近，因此对于替代水听器感知单元传统材料具有重要潜力。

传统的电活性聚合物传感器通常为电极-离子聚合物-电极的三明治式结构，当传感器处于不受力状态时，可移动离子均匀分散在基底膜中，在弯曲、压力或其他形式的受力状态下，传感器通过离子的重新分布产生电势。以弯曲过程为例，收缩一侧受到压应力，则伸长一侧受到拉应力，离子聚合物内部将产生由收缩区域到伸长区域的弹性应力梯度，这种弹性应力梯度会使离子聚合物中的可移动离子从收缩区域向伸长区域迁移，从而在空间上形成不均匀的电荷分布，表现为在两电极间形成电势差。

然而，近年来针对电活性聚合物的研究主要存在于研究实验阶段，因而由其制备的声学压力传感器大多采用手工封装的方式。然而，手工封装一方面极易造成离子凝胶上表面与其上方电极片存在间隙从而导致测量结果误差较大，另一方面也可能由于过度接触导致聚合物挤压变形从而导致传感器灵敏度变差、量程变短。因此，亟需研制针对离子聚合物的新型水听器结构以实现对水下声学目标高精度、高灵敏度及高稳定性地监测，对新型水下传感器研究领域进行一定的补充，以促进未来水下航行器探测技术的发展，从而使其广泛应用于民用和军用事业。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种针对离子聚合物传感软材料的新型水听器封装结构，通过采用精密螺纹逐渐调整电极与例子聚合物上表面的距离，以弥补其它离子聚合物型水声压力传感器手工封装时，难以控制上电级与离子聚合物间的接触距离从而造成水听器灵敏度低、测量量程短等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种压阻式离子聚合物水听器结构，包括金属基座外壳、塑料背衬、下电极片、离子聚合物传感材料、上电级片、碳纤维板、空心圆形金属盖、金属盖外壳、导线和螺丝。所述塑料背衬位于金属基座外壳内部，通过4枚螺丝固定；所述下电极片位于塑料背衬的圆形凹槽内，其上承载着离子聚合物，二者紧密接触；所述上电极片粘贴于碳纤维板下方；所述空心圆形金属盖位于碳纤维板上方；所述空心圆形金属盖、碳纤维板和上电极片分别紧密接触，并通过4枚螺丝仅仅固定于金属盖外壳上端。所述导线与下电极片相连接形成串联，并通过导线槽引致金属基座外壳外部；所述水听器整体外壳存留的缝隙最终罐装环氧树脂防水胶，包括金属基座外壳和金属盖外壳间、导线槽的出口两部分。

进一步地，所述金属外壳由不锈钢、铝合金或者具有耐蚀和透声功能的轻质金属合金材料制成。

进一步地，所述金属基座外壳底端面留有一个出线孔。

进一步地，所述塑料背衬是由聚氨酯制成，顶部为圆形凹槽，并留有导线槽。