專利名稱：用于聲波或地震波接收的水下聽音器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于接收聲波或地震波的水下聽音器。
壓電水下聽音器領(lǐng)域內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)例如參見專利FR-1,556,971；2,122,675；2,733,831或2,748,183或者專利US-3,970,878；4,336,939或4,926,397；5,541,894或5,815,466。
通過安裝對壓力變化敏感的元件(每個(gè)由壓電陶瓷制成的圓盤組成，每側(cè)放置一對電極)形成水下聽音器是眾所周知的。每張圓盤粘貼在諸如隔膜之類的柔性支撐上，其中一面暴露在待測量的壓力變化下。
柔性支撐件例如是由剛性外罩或杯狀物中央部分支撐，該杯形物周邊部分得到加強(qiáng)且呈剛性，并且靠在另一個(gè)等同的杯狀物上，自身攜帶一個(gè)或更多的敏感元件，兩個(gè)杯狀物限定了外罩。兩個(gè)敏感元件的電極電學(xué)互聯(lián)從而補(bǔ)償因?yàn)榧铀俣纫鸬募纳?yīng)。
當(dāng)外部靜態(tài)壓力增大時(shí)，兩個(gè)平盤彎曲直到相互抵靠。它們的間隔選擇為當(dāng)相互壓迫時(shí)的最大變形在彈性變形極限內(nèi)。由此保護(hù)傳感器不致偶然過壓。這樣形成的外罩可以覆蓋一層對聲波透明的材料。
敏感元件可以在外部緊固在外殼上并且提供保護(hù)涂層(例如清漆合成樹脂粘結(jié)劑層)從而保持電極之間足夠的電學(xué)絕緣。這種類型水下聽音器的靈敏度良好并且在靜水壓下變化不大(例如在10MPa的靜水壓下不超過10％)。
按照另一種眾所周知的布局，敏感元件被緊固在杯狀物內(nèi)表面并且因此是外罩內(nèi)部，外罩保護(hù)了每支感元件不受外部介質(zhì)的影響。但是這種布局下，壓電敏感元件(煅燒的陶瓷圓盤并且易碎)在靜水壓增大使平盤彎曲時(shí)損壞。由于緊固在凸起的面，所以敏感元件位于外罩內(nèi)部的水下聽音器靈敏度較低并且在靜水壓增大時(shí)大幅度減小。
眾所周知的是將前面兩種組合在水下聽音器內(nèi)，兩個(gè)隔膜構(gòu)成閉合的外罩，每個(gè)攜帶一對敏感元件，一對在外罩外部，另一對在內(nèi)部，兩對電學(xué)并聯(lián)從而補(bǔ)充兩種模式固有的缺陷，但是這種方案代價(jià)較高。
如圖9所示，對于一對敏感元件位于外罩內(nèi)部或外部的對稱連接水下聽音器而言，其共同的缺點(diǎn)是電容隨靜水壓變化較大。當(dāng)敏感元件位于內(nèi)部時(shí)它隨靜水壓增大而增大(曲線Cint)，而當(dāng)敏感元件位于外部時(shí)它隨靜水壓增大而減小(曲線Cext)。
按照本發(fā)明的水下聽音器使得一對敏感元件可以克服現(xiàn)有技術(shù)對稱連接水下聽音器的缺點(diǎn)。
它包含由兩個(gè)杯狀物(例如通過沖壓成形工藝制成)限定的閉合外罩，這兩個(gè)杯狀物互相抵靠，每個(gè)都提供柔性隔膜并且每個(gè)至少與電極相連的兩個(gè)壓電敏感元件并且電學(xué)互聯(lián)，這兩個(gè)敏感元件分別緊固在隔膜上，一個(gè)在外罩外部，另一個(gè)在外罩內(nèi)部。
按照較佳實(shí)施例，水下聽音器包含至少兩個(gè)尺寸不同并且例如直徑不同的敏感元件。
與杯狀物不接觸但其電極與杯狀物接觸的敏感元件的電極例如電學(xué)互聯(lián)。
按照本發(fā)明的帶一對敏感元件的水下聽音器結(jié)合了現(xiàn)有技術(shù)水下聽音器的優(yōu)點(diǎn)。其內(nèi)電極電容在較寬壓力范圍內(nèi)基本上為常數(shù)，并且如果敏感元件的尺寸不同，則所獲靈敏度與外罩外部對稱連接獲得的靈敏度為同一數(shù)量級。
按照實(shí)施例，水下聽音器包含剛性管，它包含至少一個(gè)檢測單元；適于接收和支撐至少一個(gè)外罩的空心平坦中心單元，該中心單元卡入剛性管內(nèi)；以及對每個(gè)外罩和剛性管一部分內(nèi)表面的保護(hù)密封涂層。
按照實(shí)施例，每個(gè)外罩的杯狀物沿周邊相互抵靠并且中心單元(由一片制成或者由兩片制成并且在涂敷密封涂層后可移去)提供內(nèi)部滑槽用于外罩兩個(gè)杯狀物周邊的插入。
通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1示出了敏感元件非對稱連接下水下聽音器檢測單元的剖面圖；圖2示出了接收單元外罩卡入的中心單元；圖3示出了中心單元兩個(gè)部分的變化例；圖4示出了帶開口端的圖2實(shí)施例的變化例；圖5示出了帶包含接收單元的管子的裝置；圖6示出了制造工藝，它在管子內(nèi)引入鑄模片以限定插入外罩周圍的注入空間；
圖7示出了實(shí)施例，其中在注入和固化構(gòu)成護(hù)皮的物質(zhì)之后去除中心單元；圖8示出了前一實(shí)施例的變化例，其中去除中心單元之后的空間部分被鑄模片15占據(jù)；圖9示出的曲線表示內(nèi)部對稱連接(Cint)的外部對稱連接(曲線Cext)和按照本發(fā)明的非對稱連接(Cint/ext)的敏感元件內(nèi)電極電容C作為壓力的函數(shù)；圖10為比較起見，示出的曲線表示按照本發(fā)明的水下聽音器的靈敏度變化(Sunsymm)作為壓力的函數(shù)和普通對稱連接獲得的靈敏度(Ssym)。
水下聽音器包含外罩1(圖1)，它由兩個(gè)對稱排列的相同杯狀物2、3組成，沿周邊互相抵靠，每個(gè)例如提供了邊緣或支承邊緣4和柔性中心部分5。兩個(gè)杯狀物可以機(jī)械加工或沖壓制成。
諸如壓電陶瓷圓盤之類與兩個(gè)電極7a、7b相連的敏感元件6卡入杯狀物2柔性中心部分的外表面。同樣與電極9a、9b相連的類似敏感元件8緊固在杯狀物3柔性部分4的內(nèi)面。通過諸如玻璃球珠之類的密封溝槽，導(dǎo)體10與內(nèi)敏感元件8的電極9a相連。導(dǎo)體11與敏感元件6的電極7a相連。這些敏感元件的相對電極7b、9b與杯狀物2、3電氣接觸并且與焊接在外罩1上的另一導(dǎo)體12電接觸。如果外罩由絕緣材料制成，則直接由導(dǎo)線提供電極7b與9b之間的互聯(lián)。
在非對稱連接下，根據(jù)觀察，水下聽音器的總體電容基本上獨(dú)立于施加在聽音器浸在其中的介質(zhì)的靜壓力(圖9的曲線Cint/ext)，但是如果敏感元件6、8相同，則靈敏度較低(圖10的曲線Sunsymm)。
根據(jù)觀察，通過選擇尺寸不同的敏感單元可以獲得較高的靈敏度(圖10的曲線S’unsymm)，示于下面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中。它們分別由12毫米和11毫米的壓電圓盤獲得。
由此形成的接收單元1可以簡單地采用對聲波透明的涂層。
比較好的是在保護(hù)組件中包含(圖2，3)由塑料制成的平坦而薄的中心單元3，它帶有中心凹口14，其尺寸適于裝配到外罩1。中心凹口14的兩個(gè)相對邊緣提供間隔為d的槽口15，其間可以插入杯狀物2、3的邊緣4。中心單元可以由單片制成(圖2)或者提供邊緣4卡入的互補(bǔ)槽口15的兩部分13a、13b制成(圖3)。
中心單元13的兩個(gè)相對邊緣是圓角的。其間隔D適于剛性管16的內(nèi)徑(圖5)，在外罩1插入后中心單元13放入剛性管。中心單元13的其他兩個(gè)邊緣由開口17穿過。
按照圖4的實(shí)施例，其中一個(gè)邊緣被去除，中心單元向該側(cè)開口。
帶插入接收單元1的中心單元13在放入管子6內(nèi)以后嵌入(圖5)厚度得到控制的密封護(hù)皮18。U形鑄模部分(圖6)因此與剛性管16內(nèi)的組件(1，13)相連。該U形物的兩條腿19a、19b適于插入組件1、13任一側(cè)的管子16內(nèi)而留下厚度確定的空間。聲學(xué)透明塑料材料通過中心部分端部提供的開口17被注入組件1、13周圍的空間內(nèi)。在通過聚合作用硬化并去除U形鑄模片19a、19b之后，涂層覆蓋中心單元13內(nèi)的接收單元1并且比較好的是沿著剛性管16的內(nèi)壁(圖5)。
按照圖7的實(shí)施例，中心單元的兩個(gè)部分13a、13b在保護(hù)護(hù)皮固化后被去除(見圖3的實(shí)施例)。隨后抑制直接振動(dòng)傳遞可能來源的外罩1與剛性外管16之間的任何接觸。該自由空間20仍然是空的但是也可以通過注入減震密封材料填充，為了改善施加在杯狀物2、3上并且可能干擾信號的寄生振動(dòng)，在注入前整體地或僅部分地(圖8)插入鑄模片21。
已經(jīng)描述了剛性管9為旋轉(zhuǎn)的圓柱體的實(shí)施例。這種管子特別適合于對水下測聽或地震探礦應(yīng)用中由船中拖曳的地震浮筒中接收單元必需以有規(guī)則的間隔排列的情況。但是只要不偏離本發(fā)明的范圍，可以根據(jù)實(shí)際情況采用其他形狀的容器。
已經(jīng)描述了每個(gè)外罩1的杯狀物2、3提供邊緣4和中心單元13，以滑槽支承這些邊緣的實(shí)施例。在不偏離本發(fā)明范圍的前提下，可以采用不帶邊緣的杯狀物，它們沿周邊互相抵靠，并且中心單元適于在管子16內(nèi)安裝操作期間固定一個(gè)或更多的外罩。
權(quán)利要求
1.一種水下聽音器，其特征在于包含一個(gè)檢測單元，檢測單元包括包含由兩個(gè)杯狀物(2，3)互相抵靠地限定的閉合外罩(1)，每個(gè)都提供柔性隔膜(4)并且至少兩個(gè)與電極(7，9)相連的壓電敏感元件(6，8)，其特征在于，兩個(gè)敏感元件(6，8)分別緊固在隔膜(4)上，一個(gè)在外罩(1)外部，另一個(gè)在外罩(1)內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1所述的水下聽音器，其特征在于敏感元件(6，8)的尺寸不同。
3.如權(quán)利要求2所述的水下聽音器，其特征在于敏感元件(6，8)的直徑不同。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的水下聽音器，其特征在于與杯狀物(2，3)不接觸的敏感元件的電極(7a，9a)電學(xué)互聯(lián)并且與杯狀物(2，3)接觸的敏感元件的電極也電學(xué)互聯(lián)。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的水下聽音器，其特征在于包含剛性管(16)，它包含至少一個(gè)檢測單元；適于接納和支撐至少一個(gè)外罩的空心平坦中心單元(13)，該中心單元卡入剛性管(16)內(nèi)；以及對每個(gè)外罩(1)上和一部分剛性管(16)內(nèi)表面的保護(hù)密封涂層(18)。
6.如權(quán)利要求5所述的水下聽音器，其特征在于每個(gè)外罩(1)的杯狀物(2，3)沿周邊(4)相互抵靠。
7.如權(quán)利要求6所述的水下聽音器，其特征在于中心單元(13)提供內(nèi)部滑槽(15)用于外罩(1)的兩個(gè)杯狀物(2，3)周邊(4)的插入。
8.如權(quán)利要求5-7中任意一項(xiàng)所述的水下聽音器，其特征在于中心單元(13)由一片制成。
9.如權(quán)利要求5-8中任意一項(xiàng)所述的水下聽音器，其特征在于中心單元(13)由其間支撐每個(gè)外罩(1)的兩部分(13a，13b)制成。
10.如權(quán)利要求5-9中任意一項(xiàng)所述的水下聽音器，其特征在于杯狀物(2，3)借助成形工藝如沖壓工藝制成。
11.如權(quán)利要求5-10中任意一項(xiàng)所述的水下聽音器，其特征在于中心單元(13)包含在密封涂層內(nèi)。
12.如權(quán)利要求5-11中任意一項(xiàng)所述的水下聽音器，其特征在于中心單元(13)在密封涂層形成后去除。
全文摘要
本發(fā)明的帶一對敏感元件的水下聽音器結(jié)合了現(xiàn)有技術(shù)水下聽音器的優(yōu)點(diǎn)。其內(nèi)電極電容在較寬壓力范圍內(nèi)基本上為常數(shù),并且如果敏感元件的尺寸不同,則所獲靈敏度與外罩外部對稱連接獲得的靈敏度為同一數(shù)量級。按照實(shí)施例,水下聽音器包含剛性管,它包含至少一個(gè)檢測單元;適于接納和支撐至少一個(gè)外罩的空心平坦中心單元,該中心單元卡入剛性管內(nèi);以及每個(gè)外罩上并且作為剛性管內(nèi)面一部分的保護(hù)密封涂層。
文檔編號G01S7/521GK1272037SQ0010826
公開日2000年11月1日 申請日期2000年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月26日
發(fā)明者J·勞倫特, G·康斯坦丁諾 申請人:法國石油研究所, 文西技術(shù)公司