專利名稱：一種集成式深水水聲換能器基陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成式水聲換能器基陣，特別是涉及深水情況下使用的水聲換能器基陣。
背景技術(shù)：
水聲換能器基陣是聲納探測設(shè)備傳感最主要的組成部分，其向水中發(fā)射探測聲波，并接收來自目標(biāo)的反射回波，與聲納探測設(shè)備使用要求和功能相匹配，在形式和結(jié)構(gòu)上較為簡單，常在深度小于300m的水中使用。
單一的前視聲納探測設(shè)備通常只使用前視平面陣，根據(jù)聲納設(shè)備的功能和要求， 有的基陣多達上百基元，可采用收發(fā)合置或收發(fā)分置的模式。測深聲納設(shè)備大多配置的換能器基陣只有垂直向下的平面陣，根據(jù)功能和使用要求而言，可以是多波束陣或單波束陣。 環(huán)形陣形式多見于蛙人警戒聲納設(shè)備，根據(jù)所形成波束的不同，基元數(shù)各不相同，多采用收發(fā)分置的模式。以上的各種聲納設(shè)備所配備的水聲換能器基陣較少同時集成壓力傳感器和溫度傳感器。深水的換能器基陣目前見報道的有杭州應(yīng)用聲學(xué)研究所、哈工程大水聲學(xué)院和中科院聲學(xué)所使用過，其換能器基陣結(jié)構(gòu)形式較為簡單，多為單基元基陣形式。
目前，國外只有美國TOSMAR公司的TCS380及TCS780型網(wǎng)位儀具有如此復(fù)雜的組合換能器基陣，且其使用深度達到1800m的水深，但其專利情況不詳，在國內(nèi)尚未見有其申請的報道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種集成式深水水聲換能器基陣，將多種功能水聲換能器基陣組合及溫度與壓力傳感器集成在一起，且能在深水環(huán)境下使用。
本發(fā)明提供了一種集成式深水水聲換能器基陣，包括鋼性支架、前視多通道平面陣、垂直單通道平面陣、環(huán)形多通道接收陣、環(huán)形多扇面發(fā)射陣和溫度傳感器、壓力傳感器和導(dǎo)流罩，其中鋼性支架是以上基陣的安裝載體，其結(jié)構(gòu)為框架式結(jié)構(gòu)，在鋼性支架的中后部垂直安裝密封隔板，密封隔板可承受2000m海水壓力，用于防止海水滲透到密封隔板右端的電子艙內(nèi)，溫度傳感器和壓力傳感器均安裝在密封隔板上，溫度傳感器安裝在密封隔板的左側(cè)，壓力傳感器安裝的密封隔板的右側(cè)位于電子艙內(nèi)部；前視多通道平面陣安裝在鋼性支架的左端面；垂直單通道平面陣上下對稱安裝在鋼性支架右端的外圓周上；環(huán)形多通道接收陣和環(huán)形多扇面發(fā)射陣均勻分布在剛性支架的中部的圓周上，各換能器基陣均采用壓電陶瓷芯片按照距離間隔要求等間距安裝在聲耦合材料上，再將其整體固定在鋼性支架上；前視多通道平面陣和環(huán)形多通道接收陣之間的鋼性支架上均勻分布有注水孔，海水經(jīng)注水孔流入到換能器基陣內(nèi)部，使得安裝在內(nèi)部的壓力、溫度傳感器可以正常工作，同時，由于海水注入到了內(nèi)部，使得換能器基陣的內(nèi)外壓力可達到平衡狀態(tài)并可適當(dāng)減少鋼性支架的壁厚，前視多通道平面陣和環(huán)形多通道接收陣的電纜可通過水密接插件與電子艙內(nèi)的設(shè)備連接；換能器基陣經(jīng)過硫化和密封處理，再在外層安裝導(dǎo)流罩。
其中前視多通道平面陣采用8通道收發(fā)合置工作模式，工作頻率ΙΙΟΚΗζ，通道間的幅度一致性小于2dB，波束寬度為10° X 10°，發(fā)射聲源級最大為210dB，接收靈敏度不小于_185dB，要求相控士40°范圍內(nèi)無柵瓣(由此確定基元間距和波長之間的關(guān)系約為d < λ/1.5)，絕緣電阻大于100M Ω ；將8片經(jīng)過測試滿足要求的壓電陶瓷芯片按照距離間隔要求等間距安裝在聲耦合材料上，再將其整體固定在鋼性支架上；
垂直單通道平面陣通道數(shù)為2通道，收發(fā)合置工作模式，工作頻率ΙΙΟΚΗζ，波束寬度為30° X 30°，發(fā)射聲源級最大為210dB，接收靈敏度不小于-185dB，絕緣電阻大于100M Ω ；
環(huán)形多通道接收及環(huán)形多扇面發(fā)射陣工作頻率為窄帶180ΚΗΖ，通道間的幅度一致性小于2dB，絕緣電阻不小于100Μ Ω ；多通道接收陣的通道數(shù)為60通道，環(huán)形多扇面發(fā)射陣在360°空間扇面有10個小的窄弧面組成，每個弧面的波束寬度為36° Χ30°，每個發(fā)射弧面發(fā)射指向性在36°有快速衰減，以保證接收柵瓣接收影響最小化，發(fā)射聲源級最大為 210dB ；
前視多通道平面陣為8通道，工作中心頻率為ΙΙΟΚΗζ，單通道_3dB波束寬度為10° X10°，采用收發(fā)共用工作模式，用于探測前方目標(biāo)信息，通過相控技術(shù)向前方士40°的空間發(fā)射掃描探測聲波，并接收目標(biāo)回波，采用相控陣波束形成技術(shù)形成-3dB束寬為2. 5° X 10°的多波束。
垂直單通道平面陣為垂直向上和向下方式布置，工作中心頻率為ΙΙΟΚΗζ，采用收發(fā)共用工作模式，單通道_3dB波束寬度為30° X30°，用于測量垂直方向的目標(biāo)信息；
環(huán)形多通道接收陣和多扇面發(fā)射陣主要用于探測換能器基陣所處位置360°區(qū)域目標(biāo)信息，采用收發(fā)分置工作模式，工作中心頻率180KHZ，多扇面發(fā)射陣共分10個發(fā)射扇面，單發(fā)射扇面的波束寬度為36° X 30°，多通道接收陣的接收通道數(shù)為60通道，在每個發(fā)射扇面所對應(yīng)的波束寬度內(nèi)由接收陣的12通道接收目標(biāo)回波，這12通道采用相控陣波束形成技術(shù)形成9個以上4° X30°的波束，10個發(fā)射扇面依次進行掃描探測，覆蓋整個 360°區(qū)域。
壓力和溫度傳感器采用已有成熟的傳感器，其中壓力傳感器可測量至少2000m水深的壓力，精度為Im士0. 1% FS，溫度傳感器可耐2000m水深壓力，精度為士0. 2°C。
有益效果本發(fā)明是通過將三種不同頻率、性能換能器基陣和壓力、溫度傳感器組合集成在于一體，實現(xiàn)前向、垂直、和環(huán)形水下超聲探測以及該位置海水水深和溫度檢測， 具有集成化程度高，適于大深度水深使用的特點。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1-密封隔板、2-注水孔、3-前視多通道平面陣、4-環(huán)形多通道接收陣、5-環(huán)形多扇面發(fā)射陣、6-溫度傳感器、7-壓力傳感器、8-垂直單通道平面陣、9-鋼性支架。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
如附圖1所示，一種集成式深水水聲換能器基陣，包括鋼性支架9、前視多通道平面陣3、垂直單通道平面陣8、環(huán)形多通道接收陣4、環(huán)形多扇面發(fā)射陣5和溫度傳感器6、壓力傳感器7和導(dǎo)流罩，其中鋼性支架9是以上基陣的安裝載體，其結(jié)構(gòu)為框架式結(jié)構(gòu)，在鋼性支架9的中后部豎直安裝密封隔板1，密封隔板1可承受2000m海水壓力，用于防止海水滲透到密封隔板1右端的電子艙內(nèi)，溫度傳感器6和壓力傳感器7均安裝在密封隔板1上， 溫度傳感器6安裝在密封隔板1的左側(cè)，壓力傳感器7安裝在密封隔板1的右側(cè)位于電子艙內(nèi)部；前視多通道平面陣3安裝在鋼性支架9的左端面；垂直單通道平面陣8上下對稱安裝在鋼性支架9右端的外圓周上；環(huán)形多通道接收陣4和環(huán)形多扇面發(fā)射陣5均勻分布在剛性支架9的中部的圓周上，各換能器基陣均采用壓電陶瓷芯片按照距離間隔要求等間距安裝在聲耦合材料上，再將其整體固定在鋼性支架9上；前視多通道平面陣和環(huán)形多通道接收陣之間的鋼性支架9上均勻分布有注水孔2，海水經(jīng)注水孔2流入到換能器基陣內(nèi)部， 使得安裝在內(nèi)部的壓力傳感器7和溫度傳感器6可以正常工作，同時，由于海水注入到了內(nèi)部，使得換能器基陣的內(nèi)外壓力可達到平衡狀態(tài)并可適當(dāng)減少鋼性支架9的壁厚，前視多通道平面陣3和環(huán)形多通道接收陣的電纜通過水密接插件與電子艙內(nèi)的設(shè)備連接；各換能器基陣經(jīng)過硫化和密封處理，再在各換能器基陣外層安裝導(dǎo)流罩。
其中前視多通道平面陣采用8通道收發(fā)合置工作模式，工作頻率ΙΙΟΚΗζ，通道間的幅度一致性小于2dB，波束寬度為10° X 10°，發(fā)射聲源級最大為210dB，接收靈敏度不小于_185dB，要求相控士40°范圍內(nèi)無柵瓣(由此確定基元間距和波長之間的關(guān)系約為d < λ/1.5)，絕緣電阻大于100M Ω ；將8片經(jīng)過測試滿足要求的壓電陶瓷芯片按照距離間隔要求等間距安裝在聲耦合材料上，再將其整體固定在鋼性支架上；
垂直單通道平面陣通道數(shù)為2通道，收發(fā)合置工作模式，工作頻率ΙΙΟΚΗζ，波束寬度為30° X 30°，發(fā)射聲源級最大為210dB，接收靈敏度不小于-185dB，絕緣電阻大于100M Ω ；
環(huán)形多通道接收及環(huán)形多扇面發(fā)射陣工作頻率為窄帶180ΚΗΖ，通道間的幅度一致性小于2dB，絕緣電阻不小于100Μ Ω ；多通道接收陣的通道數(shù)為60通道，環(huán)形多扇面發(fā)射陣在360°空間扇面有10個小的窄弧面組成，每個弧面的波束寬度為36° Χ30°，每個發(fā)射弧面發(fā)射指向性在36°有快速衰減，以保證接收柵瓣接收影響最小化，發(fā)射聲源級最大為 210dB ；
前視多通道平面陣為8通道，工作中心頻率為ΙΙΟΚΗζ，單通道_3dB波束寬度為10° X10°，采用收發(fā)共用工作模式，用于探測前方目標(biāo)信息，通過相控技術(shù)向前方士40°的空間發(fā)射掃描探測聲波，并接收目標(biāo)回波，采用相控陣波束形成技術(shù)形成-3dB束寬為2. 5° X 10°的多波束。
環(huán)形多通道接收陣和多扇面發(fā)射陣主要用于探測換能器基陣所處位置360°區(qū)域目標(biāo)信息，采用收發(fā)分置工作模式，工作中心頻率180KHZ，多扇面發(fā)射陣共分10個發(fā)射扇面，單發(fā)射扇面的波束寬度為36° X30°，多通道接收陣的接收通道數(shù)為60通道，在每個發(fā)射扇面所對應(yīng)的波束寬度內(nèi)由接收陣的12通道接收目標(biāo)回波，這12通道采用相控陣波束形成技術(shù)形成9個以上4° X30°的波束，10個發(fā)射扇面依次進行掃描探測，覆蓋整個 360°區(qū)域。
壓力和溫度傳感器采用已有成熟的傳感器，其中壓力傳感器可測量至少2000m水深的壓力，精度為Im士0. 1% FS，溫度傳感器可耐2000m水深壓力，精度為士0. 2°C。
工作方式換能器基陣與電子艙一起通過繩索懸掛在拖網(wǎng)中間，由外部電子設(shè)備控制換能器基陣依次發(fā)射前向、環(huán)形及垂直方向的掃描探測聲波，經(jīng)處理后，可探測出前向網(wǎng)板、環(huán)形網(wǎng)綱及對底各目標(biāo)信息及周圍魚群信息。實現(xiàn)前向、垂直、和環(huán)形水下超聲探測， 以及該位置海水水深和溫度檢測；垂直換能器基陣可向上和向下探測目標(biāo)，可防止拖網(wǎng)觸底損壞。
權(quán)利要求
1.一種集成式深水水聲換能器基陣，包括鋼性支架(9)、前視多通道平面陣(3)、垂直單通道平面陣(8)、環(huán)形多通道接收陣G)、環(huán)形多扇面發(fā)射陣(5)和溫度傳感器(6)、壓力傳感器(7)和導(dǎo)流罩，其中鋼性支架(9)是以上基陣的安裝載體，其結(jié)構(gòu)為框架式結(jié)構(gòu)，在鋼性支架(9)的中后部豎直安裝密封隔板(1)，溫度傳感器(6)安裝在密封隔板⑴的左側(cè)，壓力傳感器(7)安裝在密封隔板(1)的右側(cè)并位于電子艙內(nèi)部；前視多通道平面陣(3) 安裝在鋼性支架(9)的左端面；垂直單通道平面陣(8)上下對稱安裝在鋼性支架(9)右端的外圓周上；環(huán)形多通道接收陣(4)和環(huán)形多扇面發(fā)射陣( 均勻分布在剛性支架(9)的中部的圓周上，各換能器基陣均采用壓電陶瓷芯片按照距離間隔要求等間距安裝在聲耦合材料上，再將其整體固定在鋼性支架(9)上；前視多通道平面陣C3)和環(huán)形多通道接收陣 (4)之間的鋼性支架(9)上均勻分布有注水孔O)，前視多通道平面陣C3)和環(huán)形多通道接收陣(4)的電纜通過水密接插件與電子艙內(nèi)的設(shè)備連接；各換能器基陣經(jīng)過硫化和密封處理后在其外層安裝導(dǎo)流罩。
2.如權(quán)利要求1所述的一種集成式深水水聲換能器基陣，其特征在于所述前視多通道平面陣(3)采用8通道收發(fā)合置工作模式，工作頻率ΙΙΟΚΗζ，通道間的幅度一致性小于 2dB，波束寬度為10° X10°，發(fā)射聲源級最大為210dB，接收靈敏度不小于-185dB，要求相控士40°范圍內(nèi)無柵瓣，基元間距和波長之間的關(guān)系為d< λ/1.5，絕緣電阻大于100M Ω。
3.如權(quán)利要求1所述的一種集成式深水水聲換能器基陣，其特征在于所述環(huán)形多通道接收陣(4)及環(huán)形多扇面發(fā)射陣(5)工作頻率為窄帶180ΚΗΖ，通道間的幅度一致性小于 2dB，絕緣電阻不小于100M ；環(huán)形多通道接收陣的通道數(shù)為60通道，環(huán)形多扇面發(fā)射陣(5)在360°空間扇面有10個小的窄弧面組成，每個弧面的波束寬度為36° X30°，每個發(fā)射弧面發(fā)射指向性在36°有快速衰減，發(fā)射聲源級最大為210dB。
4.如權(quán)利要求1所述的一種集成式深水水聲換能器基陣，其特征在于所述垂直單通道平面陣(8)通道數(shù)為2通道，工作中心頻率為ΙΙΟΚΗζ，采用收發(fā)共用工作模式，單通道-3dB 波束寬度為30° X 30°，發(fā)射聲源級最大為210dB，接收靈敏度不小于-185dB，絕緣電阻大于 100M Ω。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成式深水水聲換能器基陣，運用于遠洋拖網(wǎng)漁船拖網(wǎng)位置形狀的水下超聲探測；本發(fā)明是通過將三種不同頻率、性能換能器基陣和壓力、溫度傳感器組合集成在于一體，實現(xiàn)前向、垂直、和環(huán)形水下超聲探測，以及該位置海水水深和溫度檢測。該換能器基陣的前向掃描探測基陣可對前方拖網(wǎng)漁船的網(wǎng)板和魚群信息進行探測，垂直換能器基陣可向上和向下探測目標(biāo)，可防止拖網(wǎng)觸底損壞，環(huán)形探測基陣可對拖網(wǎng)網(wǎng)口的形狀進行掃描探測，壓力傳感器和溫度傳感器可用于測量換能器基陣所處位置的海水深度和溫度。本發(fā)明具有集成化程度高，適于大深度水深使用的特點。
文檔編號G10K9/122GK102509544SQ20111033519
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者張立杰, 邵華楓, 黃勇, 黎靜 申請人:中國船舶重工集團公司第七一○研究所