專利名稱：一種具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水聲發(fā)射器，更具體說，它涉及一種具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶 水聲發(fā)射器。
技術(shù)背景水聲發(fā)射器是一種電聲轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)電信號激勵(lì)換能器的敏感元件時(shí)，敏感元件 由于自身的壓電效應(yīng)，將電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動，機(jī)械振動通過介質(zhì)的耦合，從而將振動以 聲波的形式傳遞，完成電聲轉(zhuǎn)換。在聲學(xué)測量過程中，比如水聽器校準(zhǔn)等，需要發(fā)射聲源，發(fā) 射器一般是具有一定的指向性的，因此發(fā)射器一般設(shè)計(jì)成平面結(jié)構(gòu)，通常的設(shè)計(jì)是采用一 片整片敏感元件作為有源部分，其工作模式往往是單一諧振頻率工作的模式，工作帶寬比 較窄，在水聽器寬頻校準(zhǔn)測試過程中需要頻繁更換發(fā)射器，以滿足校準(zhǔn)的頻段需求，這就給 校準(zhǔn)測試工作帶來了極大的不便利。另外，高頻測試一般在尺寸較小的水槽中開展，為了減 小混響以及水槽壁反射的影響，發(fā)射信號采用脈沖填充波，這要求發(fā)射器的Q值要比較低， 一方面使得發(fā)射器在盡量短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，另一方面降低了發(fā)射器的余振效應(yīng)。顯然， 單頻工作模式的發(fā)射器是不能滿足需求的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種有源部分由若干立柱型 敏感元件與去耦定位結(jié)構(gòu)拼嵌而成，輻射面貼附匹配層，非輻射面貼附高阻抗背襯材料的 發(fā)射器，具有工作帶寬寬，瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)低的顯著特點(diǎn)，并且能耐受一定 的水壓，具有良好的抗干擾性能和時(shí)間穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。這種具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶 水聲發(fā)射器，主要包括敏感元件、去耦定位結(jié)構(gòu)、絕緣去耦板、高阻抗背襯、聲學(xué)匹配層、防 水透聲層、金屬外殼、適配電纜，所述敏感元件與去耦定位結(jié)構(gòu)的定位孔相配合，敏感元件 工作面一側(cè)貼附聲學(xué)匹配層，立柱型敏感元件非工作面一側(cè)貼附高阻抗背襯，所述敏感元 件、去耦定位結(jié)構(gòu)、高阻抗背襯和聲學(xué)匹配層整體設(shè)置于金屬外殼內(nèi)，金屬外殼的開口端灌 注有防水透聲層。作為優(yōu)選所述敏感元件為至少一個(gè)。作為優(yōu)選敏感元件為立柱型結(jié)構(gòu)且?guī)缀纬叽缦嗤舾性挪汲申嚵行问?。作為?yōu)選敏感元件相互之間的電連接為并聯(lián)方式，電信號激勵(lì)時(shí)敏感元件同相工作。作為優(yōu)選高阻抗背襯由環(huán)氧樹脂和鎢粉組成。作為優(yōu)選聲學(xué)匹配層的厚度為聲波波長的1/4，聲學(xué)匹配層的聲阻抗介于敏感 元件和防水透聲層聲阻抗之間的。作為優(yōu)選防水透聲層采用直接灌注工藝形成，防水透聲層的聲阻抗與水介質(zhì)的 聲阻抗接近。[0011]作為優(yōu)選適配電纜選用帶屏蔽層的低衰減的水密電纜。作為優(yōu)選絕緣去耦板為對金屬外殼絕緣，并且能有效隔離振動跟金屬外殼之間 耦合的電絕緣去耦材料。本實(shí)用新型的有益效果是(1)有源部分由若干立柱型敏感元件和去耦定位結(jié)構(gòu)拼嵌而成，各敏感元件可并 聯(lián)工作，或根據(jù)需要進(jìn)行特殊連接。并且可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求來決定敏感元件的有效面積，使 得設(shè)計(jì)更為靈活。 (2)采用敏感元件與去耦定位結(jié)構(gòu)復(fù)合的模式，大大降低了由于單純使用敏感元 件所引入的很高的特性阻抗，使得聲學(xué)匹配層的設(shè)計(jì)更加容易實(shí)現(xiàn)，并且由于降低了阻抗， 與水介質(zhì)的耦合性變好，聲波的穿透效率更高。(3)采用聲學(xué)匹配層，顯著地增加了發(fā)射器的工作帶寬，其所起到的阻抗過渡作用 提高了聲波的透射效率。(4)高阻抗的背襯，有效地降低了發(fā)射器的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間和余振，對增加發(fā)射器工 作帶寬起到了重要作用。(5)金屬外殼，可以有效保護(hù)發(fā)射器免于空氣和水介質(zhì)的侵蝕，并且保障發(fā)射器可 承受較大的壓力，同時(shí)可以對一些干擾信號進(jìn)行屏蔽。借助于金屬外殼，無需灌注模具，可 直接對發(fā)射器表面進(jìn)行灌注密封。

圖1為本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為有源振動部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為有源振動部分俯視圖；圖4為適配電纜結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型的爆炸圖；附圖標(biāo)記說明敏感元件1 ；去耦定位結(jié)構(gòu)2 ；高阻抗背襯3 ；聲學(xué)匹配層4 ；防水透 聲層5 ；金屬外殼6 ；適配電纜7 ；絕緣去耦板8 ；電纜頭9 ；0型密封圈10 ；螺釘11 ；出線孔 12。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。雖然本實(shí)用新型將結(jié)合較 佳實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)知道，并不表示本實(shí)用新型限制在所述實(shí)施例中。相反，本實(shí)用新 型將涵蓋可包含在有附后權(quán)利要求書限定的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同 物。參見圖1至圖5，這里介紹的具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器一般用于水 聲測量的輔助發(fā)射聲源以及其它能滿足應(yīng)用需求的場所使用，然而應(yīng)知道，本實(shí)用新型也 可用于其它聲學(xué)換能器。這種具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，由若干敏感元件1、去耦定位結(jié)構(gòu) 2、高阻抗背襯3、聲學(xué)匹配層4、防水透聲層5、金屬外殼6、絕緣去耦板7、適配電纜等構(gòu) 成。敏感元件1為立柱型，通過與去耦定位結(jié)構(gòu)2拼嵌排布成陣列，各敏感元件1之間并聯(lián)連接，同相工作；采用高阻抗特性材料作為發(fā)射器的高阻抗背襯3，可以吸收反向傳輸?shù)穆?波，降低發(fā)射器的余振效應(yīng)，使得本實(shí)用新型具有較低的瞬態(tài)響應(yīng)；高阻抗背襯3與金屬外 殼6之間以絕緣去耦板8隔離，起到電絕緣和隔振作用；振動輻射面一側(cè)貼附特定的聲學(xué)匹 配層4，使得高特性的壓電元件和低阻抗的水介質(zhì)之間能量更易傳輸，同時(shí)又起到拓展工作 帶寬的作用；聲學(xué)匹配層4與水介質(zhì)之間灌注防水透聲層5，防水透聲層5與金屬外殼6形 成一體結(jié)構(gòu)，起到防護(hù)、絕緣和防水的作用；適配電纜7與金屬外殼6水密連接。 所述的敏感元件1為若干立柱型壓電陶瓷，其尺寸根據(jù)發(fā)射器的需要的工作頻段 進(jìn)行設(shè)計(jì)，各個(gè)敏感元件1各維幾何尺寸相同，排布成一定的陣列形式，相互之間的電連接 為并聯(lián)方式，電信號激勵(lì)時(shí)各敏感元件1同相工作。也可根據(jù)需要，敏感元件1可以單個(gè)或 者部分并聯(lián)工作。所述的去耦定位結(jié)構(gòu)2為整體的去耦材料通過一定的加工形式加工出若干與敏 感元件1尺寸匹配的定位通孔，從而對敏感元件1進(jìn)行定位排布，形成敏感元件1與去耦定 位結(jié)構(gòu)2復(fù)合的陣列結(jié)構(gòu)。所述的高阻抗背襯3，是由環(huán)氧樹脂和鎢粉組成，將二者按照一定的配比均勻混 合，形成具有很高的聲學(xué)特性阻抗的背襯材料。高阻抗背襯3貼附于發(fā)射器有源部分的非 工作面上，一方面作用是將反向傳播的聲波吸收，降低或者消除發(fā)射器的余振，另一方面增 加機(jī)械諧振系統(tǒng)的阻尼，起到拓展帶寬的作用。所述絕緣去耦板8是一種絕緣的去耦材料加工而成，主要是對金屬外殼6絕緣和 防止振動耦合到金屬外殼6。所述的聲學(xué)匹配層4是聲阻抗介于敏感元件1和防水透聲層5聲阻抗之間的特殊 材料。其厚度一般為聲波波長的1/4，主要作用是起到阻抗過渡和匹配的作用，使得聲波更 易透過，同時(shí)可以有效地增加發(fā)射器的工作帶寬。所述的防水透聲層5采用橡膠灌注工藝在聲學(xué)匹配層4外形成的防水密封層，要 求具有較低的滲水性和良好的水密性，以保證本實(shí)用新型可長時(shí)間工作于水下，防水透聲 層5的聲學(xué)特性阻抗與水介質(zhì)相近，以保證其優(yōu)良的透聲性能。所述的金屬外殼6，是由耐腐蝕和氧化的金屬材料經(jīng)機(jī)械加工而成，通常是采用不 銹鋼材料。敏感元件1、去耦定位結(jié)構(gòu)2、高阻抗背襯3以及聲學(xué)匹配層4均置于金屬外殼6 中，金屬外殼6與防水透聲層5形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，對本實(shí)用新型進(jìn)行保護(hù)，使得本實(shí)用新 型可以承受較大的靜水壓，同時(shí)又可以起到抗電磁干擾的作用。所述的適配電纜7是帶屏蔽層的低信號衰減的水密電纜。在信號頻率比較高時(shí)， 適配電纜7的分布參數(shù)對本實(shí)用新型的性能有一定的影響，因此，要根據(jù)工作頻段的不同 選取不同的適配電纜7。適配電纜7須能保證本實(shí)用新型可長期工作于水下和信號的長距 離傳輸。本實(shí)用新型的裝配實(shí)施具體如下如圖1所示，本實(shí)用新型主要包括若干敏感元件1、去耦定位結(jié)構(gòu)2、高阻抗背襯3、 聲學(xué)匹配層4、防水透聲層5、金屬外殼6、適配電纜7、絕緣去耦板8等。若干立柱型敏感元 件1嵌在去耦定位結(jié)構(gòu)2預(yù)先加工好的定位孔內(nèi)，工作面一側(cè)貼附聲學(xué)匹配層4，非工作面 一側(cè)貼附高阻抗背襯3以及絕緣去耦板8，然后整體裝配在金屬外殼6中，在聲學(xué)匹配層4 外灌注一層防水透聲層5，最后將適配電纜安裝到金屬外殼6。[0038]圖2給出本實(shí)用新型有源振動部分的裝配示意圖，各敏感元件1尺寸一致，分別將敏感元件1外側(cè)表面涂上膠粘劑后嵌入到去耦定位結(jié)構(gòu)2的各個(gè)定位孔中，最后與去耦定 位結(jié)構(gòu)2形成一個(gè)整體。用導(dǎo)線將各敏感元件1按照設(shè)計(jì)焊接完成后，導(dǎo)線由出線孔12中 引出。圖3給出本實(shí)用新型適配電纜7制作示意圖。將適配電纜7的外護(hù)套層剝離一部 分，同時(shí)將外護(hù)套適當(dāng)做毛化處理，然后與經(jīng)噴砂處理后的電纜頭9 一起放入橡膠硫化模 具，將二者硫化成一體即可。圖4給出本實(shí)用新型整體裝配過程具體實(shí)施示意圖。按圖2將敏感元件1與去耦 定位結(jié)構(gòu)2裝配好后，在敏感元件1輻射面的一側(cè)貼附聲學(xué)匹配層4。固化完成后，在敏感 元件1非輻射面的一側(cè)貼附高阻抗背襯3，待高阻抗背襯3固化完成，將絕緣去耦板8粘到 高阻抗背襯3上，并將敏感元件1正負(fù)極的引出線穿出絕緣去耦板8。將由敏感元件1、去 耦定位結(jié)構(gòu)2、高阻抗背襯3、聲學(xué)匹配層4、絕緣去耦板8等裝配而成的整體置于金屬外殼 6之中，表面灌注防水透聲層5。待防水透聲層5固化后，將正負(fù)極引出線分別與適配電纜 7的正負(fù)芯線相連接，并將電纜頭9與金屬外殼6以螺釘11緊固，借助于0型密封圈10完 成水密連接。
權(quán)利要求一種具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，其特征在于主要包括敏感元件(1)、去耦定位結(jié)構(gòu)(2)、絕緣去耦板(8)、高阻抗背襯(3)、聲學(xué)匹配層(4)、防水透聲層(5)、金屬外殼(6)和適配電纜(7)，所述敏感元件(1)與去耦定位結(jié)構(gòu)(2)的定位孔相配合，敏感元件(1)工作面一側(cè)貼附聲學(xué)匹配層(4)，立柱型敏感元件(1)非工作面一側(cè)貼附高阻抗背襯(3)，所述敏感元件(1)、去耦定位結(jié)構(gòu)(2)、高阻抗背襯(3)和聲學(xué)匹配層(4)整體設(shè)置于金屬外殼(6)內(nèi)，金屬外殼(6)的開口端灌注有防水透聲層(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，其特征在于敏感 元件(1)為立柱型結(jié)構(gòu)且?guī)缀纬叽缦嗤?，敏感元?1)排布成陣列形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，其特征在于敏感 元件(1)相互之間的電連接為并聯(lián)方式，電信號激勵(lì)時(shí)敏感元件(1)同相工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，其特征在于高阻 抗背襯(3)由環(huán)氧樹脂和鎢粉組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，其特征在于聲學(xué) 匹配 層(4)的厚度為聲波波長的1/4，聲學(xué)匹配層(4)的聲阻抗介于敏感元件(1)和防水透 聲層(5)聲阻抗之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，其特征在于防水 透聲層(5)采用直接灌注工藝形成，防水透聲層(5)的聲阻抗與水介質(zhì)的聲阻抗接近。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，其特征在于適配 電纜(7)選用帶屏蔽層的低衰減的水密電纜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，其特征在于絕緣 去耦板(8)為對金屬外殼(6)絕緣，并且能有效隔離振動跟金屬外殼(6)之間耦合的電絕 緣去耦材料。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有低瞬態(tài)響應(yīng)的高頻寬帶水聲發(fā)射器，主要包括敏感元件、去耦定位結(jié)構(gòu)、絕緣去耦板、高阻抗背襯、聲學(xué)匹配層、防水透聲層、金屬外殼、適配電纜，所述敏感元件與去耦定位結(jié)構(gòu)的定位孔相配合，敏感元件工作面一側(cè)貼附聲學(xué)匹配層，立柱型敏感元件非工作面一側(cè)貼附高阻抗背襯，所述敏感元件、去耦定位結(jié)構(gòu)、高阻抗背襯和聲學(xué)匹配層整體設(shè)置于金屬外殼內(nèi)，金屬外殼的開口端灌注有防水透聲層。本實(shí)用新型的有益效果是有源部分由若干立柱型敏感元件和去耦定位結(jié)構(gòu)拼嵌而成，各敏感元件可并聯(lián)工作，或根據(jù)需要進(jìn)行特殊連接。
文檔編號G01H3/00GK201589860SQ20092020206
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者仲林建, 唐軍, 李建成, 王世全, 鐘琴琴, 黃勇軍 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所