[实用新型]一种宽波束水声换能器及含该换能器的水声收发装置

说明书

本实用新型属于水声换能器领域，具体是一种宽波束水声换能器及含该换能器的水声收发装置，所述宽波束水声换能器包括外固定架和两个相同结构的换能单元，两个相同结构的换能单元呈同轴镜像对置并固定在外固定架内；两个相同结构的换能单元的辐射头之间的距离可调。所述水声收发装置包括上述的宽波束水声换能器以及设置在换能单元上呈圆周排列的水声接收阵。本实用新型可应用于水下AUV或UUV导航、水声通信、水下探测、勘探、水声对抗、海洋信息获取等领域。

技术领域

本实用新型涉及水声通讯，水声导航、海洋信息获取等领域，具体地，本实用新型涉及一种周向360°宽波束水声换能器及含该换能器的水声收发装置。

背景技术

水声发射换能器作为一种水下声波信号产生的装置。水声发射换能器在海洋信息获取、资源勘探、目标探测、水声对抗等领域都是不可或缺的重要设备。常规的实现宽波束方法：一是采用圆管，球型对称结构，但存在功率较小，在较低工作频段，或对参数有要求的情况下，如结构尺寸、重量、声性能，工作频率、耐压性等若干方面和需求存在不适合的情况。只能选择采用其它结构形式的换能器，如采用复合棒换能器结构形式，但其波束宽度和辐射面大小相关，在其主要工作频段内，辐射头越小，波束宽度越大，但波束宽度和带宽间难以兼顾，随着工作频率升高，波束宽度减小，覆盖范围有限。二是采用组圆柱阵方式实现宽波束要求，但重量、尺寸大，不适合小尺寸自主式水下航行器(AUV)、无人水下航行器(UUV)等设备及一些对尺寸、重量有要求的情况。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种小尺寸、轻质量的宽带范围内，波束宽度不随工作频率变化的周向360°宽波束覆盖的宽波束换能器。两个换能器采用同轴镜像对置，由于对称性，周向声场成360°宽波束覆盖。调节对置距离和增加刚性障板可优化工作频率范围内周向声场声性能。

为达到上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种宽波束水声换能器，所述宽波束水声换能器包括外固定架和两个相同结构的换能单元，两个相同结构的换能单元呈同轴镜像对置并固定在外固定架内；两个相同结构的换能单元的辐射头之间的距离可调。

优选地，两个相同结构的换能单元的辐射头之间的间距中设置刚性障板。

优选地，所述外固定架包括第一夹板、第二夹板和固定杆；第一夹板设置在一个换能单元的尾端，第二夹板设置在另一个换能单元的尾端，第一夹板和第二夹板之间通过若干个固定杆固定连接。

优选地，所述辐射头的形状为圆柱体形、圆台形或倒碗形。

优选地，所述换能单元为复合棒换能器或由压电陶瓷片组成的面阵换能器。

优选地，所述复合棒换能器包括压电陶瓷堆、预应力螺杆、后质量块、辐射头、外壳和垫块；辐射头、压电陶瓷堆和后质量块按顺序设置并通过预应力螺杆固定在一起形成内构件，内构件固定于外壳内，并在后质量块与外壳之间设置垫块。

优选地，所述刚性障板为圆柱体形。

本实用新型还提供了一种水声收发装置，所述水声收发装置包括上述的宽波束水声换能器以及设置在换能单元上呈圆周排列的水声接收阵。

本实用新型的两个换能器同轴镜像放置，两辐射头间隔一定距离设置。在该距离的中间可置有限尺寸的刚性障板，调节周向声性能，刚性障板形状不限圆柱形，两辐射头和刚性障板之间也保持一定的间距。

本实用新型的压电陶瓷堆5由若干极化压电片和电极组成，压电陶瓷片采用机械串联，电路并联方式，陶瓷片间有电极片，并采用环氧粘接，压电陶瓷堆两端分别和辐射头、后质量块通过预应力螺杆连接。

本实用新型的辐射头形状可为圆柱形、圆台形、开腔孔圆台、倒碗形等形状，调节带宽、声发射响应等声性能。

本实用新型的压电陶瓷堆亦可采用其它有源功能材料，如超磁致伸缩材料、压电复合材料、压电单晶、铁镓等。