[其他]水声用宽频带高灵敏度指向性换能器

说明书

本发明属于一种声呐用换能器。

在水声换能器及近场测量阵中，有很多情况是选 用压电陶瓷圆管作阵元排布成指向性换能器。目前 通用的结构是美国USRD的I、D·Groves，Jr在 AD 684768中给出的。它是用橡胶制的O形环密 封用作阵元的灵敏元件压电陶瓷圆管，再用橡胶圈将 阵元夹持在乌笼式金属框架上定位，最后置入充油套 或用橡胶包封。这种技术在实施中存在一些缺点。 首先，O形环的制作及配合精度要求高。由于O形 环存在着诸如内收、增厚，离层、皱折一类问题，在使 用O形环作密封用时须严格挑选。这便提高了换能 器的制作成本。其次，含硫橡胶对灵敏元件的银层电 极有腐蚀作用，所以，须选用无硫橡胶制作O形环， 这又提高了换能器的制作成本。在压电陶瓷圆管的 内壁面上焊的信号线通过O形环密封地穿引给换能 器装配工作带来困难。仅仅靠O形环的自应力完成 密封还存在着对水、油、气有渗、泄问题，而这些问题 在水声换能器中须严加预防。致于框架结构只靠橡 胶圈夹持很难保证阵元的声中心准确定位，并且在长 阵时准于保证垂直度，为尽量减少框架的破坏性散射 影响金属丝不能做得太粗。

本发明的目的在于提供一种能够消除因为用 O形环密封和框架结构而带来的缺点的换能器，它结 构简单，装配容易，成品率高，一致性好。全部采用机 加工件保证声中心位置准确。设计成带有软衬环的 低通机械滤波器和活塞增压比使可以在较宽频带上 获得高灵敏度。

本发明的要点是设计出如图1所示的管形金属 连接件1，它既有低通机械滤波器的作用，又有机械 放大器作用。管形金属连接件1的两端前缘带有径 向顺性很大的软衬环(20)。薄圆环的集总顺性表达 式为

C_M＝r_cP/2πth₁E

式中r_cP为平均直径，t为环的壁厚，h₁为环的高 度，E为杨氏模量。设计取t＝0.2～0.5mm， h₁＝0.3～1.0mm，软衬环(20)的顺性较灵敏元件大 50～200倍。这样的软衬环起分路滤波器作用，保 证灵敏元件径向运动自由，克服Tonpilz耦合振动影 响，

图1是管形金属连接件(1)的剖面图。

图2是本发明的结构图。

图3是本发明在水池中实测得的自由场开路接 收频响特性曲线。

图4是本发明在水池中在f＝15.0KC时的实测 远场水平指向性图。

图5是本发明在水池中在f＝7.5KC时的垂直 指向性图。

本发明的一个具体实施结构所包含的各部件由 图2给出。其中(1)为管形金属连接件，(2)为灵敏元 件压电陶瓷圆管，(3)为刚性直杆，(4)为引出线，(5) 为绝缘垫片，(6)为压紧螺帽，(7)为玻璃钢芯柱，(8) 为双芯屏蔽输出电缆，(9)为屏敝网，(10)为屏蔽网托 架，(11)为胶封点。

在装配时，将各部件的交接部分涂一薄层环氧树 脂在(3)上参差相间同心组装，再用螺帽(6)压紧，待 胶固化后便成为浑然一体的阵芯。将阵芯装上屏蔽 网(9)后置于玻璃管模具中用聚氨脂胶灌封即 可。

件(7)开槽是为改善密封效果。当用此种换能器 排布大型面阵时以件(7)中心线校正声中心位置。选 用廉价的普通玻璃管作为模具是因为它容易发现在 工艺过程中可能出现的问题(如：气泡、腊状物)并可 以及时补救。模具亦可用黄铜管或铝管做。

设计时取件(1)的端面积较灵敏元件(2)的横截面积S₂为大，这样件(1)的端 部(30)提供一个活塞增压比γ＝S₁/S₂，提高了灵敏 度。

件(3)起机械骨架支撑作用，垂直度调整在 0.5mm之内，可用黄铜、铝和钢管做，与件(1)滑配 合。其它诸件的机械加工精度容易控制在 0.05mm之内，这样可以保证换能器阵元声中心位置 准确。