一種高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于水聲測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種標(biāo)準(zhǔn)水聽器。
【背景技術(shù)】
[0002]標(biāo)準(zhǔn)水聽器是其自由場靈敏度或聲壓靈敏度已經(jīng)校準(zhǔn)的、在規(guī)定工作條件下具有優(yōu)異穩(wěn)定性的水聽器。標(biāo)準(zhǔn)水聽器用于精確地傳遞和測量水聲聲壓。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4128-1995《聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)水聽器》中對標(biāo)準(zhǔn)水聽器接收靈敏度、靈敏度起伏、水平垂直指向性、穩(wěn)定性方面都有嚴(yán)格的規(guī)定。近年來隨著陸地資源日益匱乏，世界各國都把目光投向了廣闊的海洋，特別是深海。在深海探測中，大量的深水換能器、水聽器被廣泛使用，對這些聲學(xué)傳感器進(jìn)行實(shí)際使用環(huán)境下的聲學(xué)性能測量，即高靜水壓下的性能測量顯得尤為急迫，因此急需在高靜水壓下性能穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)水聽器。
[0003]標(biāo)準(zhǔn)水聽器相關(guān)研宄工作，國外開展較早。目前使用最為廣泛的為B&K公司研制的8103、8104、8105及8106型標(biāo)準(zhǔn)水聽器，覆蓋頻率范圍最低為0.1Hz，最高為200kHz，最大工作深度為1000米，即最大工作壓力lOMPa。美國RESON公司研制的多型標(biāo)準(zhǔn)水聽器能在1000米靜水壓力下工作，其中TC4037最大工作深度1500米，極限深度2000米。即使這樣，還是不能滿足目前高靜水壓測量的需要。
[0004]在國內(nèi)，耐高靜水壓寬頻帶的標(biāo)準(zhǔn)水聽器研宄較少，杭州應(yīng)用聲學(xué)研宄所研制的RHS-20、RHS-30型標(biāo)準(zhǔn)水聽器，能在最高1MPa壓力環(huán)境下使用，壓力繼續(xù)增加會(huì)造成水聽器破壞。在某些聲波測井儀換能器中，利用壓力補(bǔ)償原理制作的水聽器最高耐10MPa靜水壓力，主要在低頻段使用，使用頻率上限為1kHz。利用目前廣泛使用的PZT壓電材料來設(shè)計(jì)耐高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器還未見報(bào)道。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型是為了解決在高靜水壓條件下，水聽器靈敏度的校準(zhǔn)、測量所需，提出了一種利用球形壓電陶瓷作為敏感元件，敏感元件外部包覆高強(qiáng)度承壓層，二者共同作用，能承受最高50MPa以上靜水壓力，可在高靜水壓下進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)水聽器。
[0006]本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案:這種高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器，包括球形壓電陶瓷、耐高壓去耦墊、金屬支撐結(jié)構(gòu)、承壓層、防水透聲層、轉(zhuǎn)接桿、三芯水密連接器、二芯水密電纜，采用球形壓電陶瓷作為水聽器的敏感元件，用于聲電轉(zhuǎn)換；球形壓電陶瓷由兩個(gè)半球粘接而成，一個(gè)半球無孔，另一個(gè)半球開有小孔，便于導(dǎo)線引出；耐高壓去耦墊與球形壓電陶瓷通過螺釘固定，安裝于球形壓電陶瓷導(dǎo)線出口，用于保護(hù)球口，同時(shí)起隔振去耦作用；金屬支撐結(jié)構(gòu)將各部分連接在一起，在硫化或灌注過程中作為定位使用；承壓層位于球形壓電陶瓷外部，對敏感元件進(jìn)行保護(hù)，與敏感元件共同承受高靜水壓力，提高耐壓能力；防水透聲層位于水聽器外表面，保證水聽器長期水下工作；轉(zhuǎn)接桿通過螺紋與金屬支撐結(jié)構(gòu)連接，利用“O”形密封圈密封，另外一端連接三芯水密連接器；三芯水密連接器由三芯水密插座和三芯水密插頭兩部分組成，三芯水密連接器選用金屬外殼器，三芯水密插座與轉(zhuǎn)接桿末端連接，利用螺釘固定，三芯水密插頭與二芯水密電纜直接連接，用橡膠硫化在一起，插頭與插座可水下插拔；二芯水密電纜外覆金屬屏蔽層，可屏蔽電磁信號，降低電磁干擾。
[0007]作為優(yōu)選，所述的球形壓電陶瓷選用穩(wěn)定性好的PZT5型壓電陶瓷材料。
[0008]作為優(yōu)選，所述的耐高壓去耦墊為復(fù)合材料，最大承壓為70MPa。
[0009]作為優(yōu)選，所述的金屬支撐結(jié)構(gòu)選用強(qiáng)度高的不銹鋼或鈦合金材料。
[0010]作為優(yōu)選，所述的承壓層采用特種聚氨酯橡膠灌注成型，該型聚氨酯橡膠硬度大于100度，厚度為3mm。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述的防水透聲層選用氯丁橡膠硫化而成，透水率低。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0013]1、敏感元件為球形壓電陶瓷，保證水聽器水平、垂直指向性全向，適合作為標(biāo)準(zhǔn)水聽器使用。球形結(jié)構(gòu)為球?qū)ΨQ，承壓能力強(qiáng)，壓力穩(wěn)定性良好，適合在高靜水壓環(huán)境下使用。
[0014]2、采用耐高壓去耦墊，最高耐壓強(qiáng)度為70MPa，對球開孔進(jìn)行保護(hù)，保證標(biāo)準(zhǔn)水聽器在高靜水壓下工作結(jié)構(gòu)不會(huì)破壞，同時(shí)起到去耦、隔振作用。
[0015]3、承壓層采用特種聚氨酯橡膠灌注，該型聚氨酯橡膠硬度大于100度，透聲良好，強(qiáng)度高，與球形壓電陶瓷共同作用，能承受最高50MPa以上的高靜水壓力。
[0016]4、敏感元件采用直接承壓方式，與壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)水聽器比較，具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高的優(yōu)勢。
[0017]5、水聽器與水密電纜采用三芯水密連接器連接，方便水聽器故障檢查與維修，方便水聽器使用。
【附圖說明】
:
[0018]圖1為本實(shí)用新型總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為球形壓電陶瓷結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為轉(zhuǎn)接桿結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]附圖標(biāo)記說明:球形壓電陶瓷(I)、耐高壓去耦墊(2)、金屬支撐結(jié)構(gòu)(3)、承壓層
(4)、防水透聲層(5)、轉(zhuǎn)接桿(6)、三芯水密連接器(7)、二芯水密電纜⑶、無孔半球(9)、帶孔半球(10)、空心螺釘(11)、高溫導(dǎo)線(12)、連接螺紋(13)、“0”形密封圈I (14)、“0”形密封圈II (15)、緊固螺釘(16)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型的實(shí)施例:
[0023]如圖1所示，高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器主要包括球形壓電陶瓷1、耐高壓去耦墊2、金屬支撐結(jié)構(gòu)3、承壓層4、防水透聲層5、轉(zhuǎn)接桿6、三芯水密連接器7、二芯水密電纜8等。
[0024]如圖2所示為球形壓電陶瓷結(jié)構(gòu)示意圖。球形壓電陶瓷I由無孔半球9和帶孔半球10兩部分組成，兩個(gè)半球直徑和壁厚相同，粘接后形成一個(gè)均勻的球體，保證水聽器水平、垂直無指向性?？招穆葆?1用于將球形壓電陶瓷I固定在耐高壓去耦墊2上，內(nèi)部孔用于高溫導(dǎo)線12通過。敏感元件裝配完成后，利用模具在球形壓電陶瓷I表面灌注一層高強(qiáng)度聚氨酯橡膠，厚度在3_左右，形成承壓層4。當(dāng)聚氨酯橡膠完全固化后，利用模具在外部硫化一層氯丁橡膠，形成防水透聲層5。
[0025]如圖3所示為轉(zhuǎn)接桿結(jié)構(gòu)示意圖。金屬支撐結(jié)構(gòu)3與轉(zhuǎn)接桿6通過連接螺紋13連接，內(nèi)部用“O”形密封圈I 14徑向密封，在高靜水下密封可靠。高溫導(dǎo)線12與三芯水密連接器7的導(dǎo)線對接后，將三芯水密連接器7安裝于轉(zhuǎn)接桿6末端，之間用“O”形密封圈II 15徑向密封，利用緊固螺釘16固定。最后，將連接二芯水密電纜8的三芯水密插頭安裝于三芯水密插座上，整個(gè)安裝過程完成。
[0026]以上對本實(shí)用新型的描述不具有限制性，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)的情況，作出本實(shí)用新型的其它結(jié)構(gòu)變形和實(shí)施方式，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器，其特征在于:包括球形壓電陶瓷(I)、耐高壓去耦墊(2)、金屬支撐結(jié)構(gòu)(3)、承壓層(4)、防水透聲層(5)、轉(zhuǎn)接桿(6)、三芯水密連接器(7)、二芯水密電纜(8)，采用球形壓電陶瓷(I)作為水聽器的敏感元件，用于聲電轉(zhuǎn)換；球形壓電陶瓷(I)由兩個(gè)半球粘接而成，一個(gè)半球無孔，另一個(gè)半球開有小孔，便于導(dǎo)線引出；耐高壓去耦墊(2)與球形壓電陶瓷(I)通過螺釘固定，安裝于球形壓電陶瓷(I)導(dǎo)線出口，用于保護(hù)球口，同時(shí)起隔振去耦作用；金屬支撐結(jié)構(gòu)(3)將各部分連接在一起，在硫化或灌注過程中作為定位使用；承壓層(4)位于球形壓電陶瓷(I)外部，對敏感元件進(jìn)行保護(hù)，與敏感元件共同承受高靜水壓力，提高耐壓能力；防水透聲層(5)位于水聽器外表面，保證水聽器長期水下工作；轉(zhuǎn)接桿(6)通過螺紋與金屬支撐結(jié)構(gòu)⑶連接，利用“O”形密封圈密封，另外一端連接三芯水密連接器(7);三芯水密連接器(7)由三芯水密插座和三芯水密插頭兩部分組成，三芯水密連接器(7)選用金屬外殼器，三芯水密插座與轉(zhuǎn)接桿(6)末端連接，利用螺釘固定，三芯水密插頭與二芯水密電纜(8)直接連接，用橡膠硫化在一起，插頭與插座可水下插拔；二芯水密電纜(8)外覆金屬屏蔽層，可屏蔽電磁信號，降低電磁干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器，其特征在于:球形壓電陶瓷(I)選用穩(wěn)定性好的PZT5型壓電陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器，其特征在于:耐高壓去耦墊(2)為復(fù)合材料，最大承壓為70MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器，其特征在于:金屬支撐結(jié)構(gòu)(3)選用強(qiáng)度高的不銹鋼或鈦合金材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器，其特征在于:承壓層(4)采用特種聚氨酯橡膠灌注成型，該型聚氨酯橡膠硬度大于100度，厚度為3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器，其特征在于:防水透聲層(5)選用氯丁橡膠硫化而成，透水率低。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種高靜水壓標(biāo)準(zhǔn)水聽器，由球形壓電陶瓷、耐高壓去耦墊、金屬支撐結(jié)構(gòu)、承壓層、防水透聲層、轉(zhuǎn)接桿、三芯水密連接器、二芯水密屏蔽電纜等構(gòu)成。敏感元件選用球形壓電陶瓷，使得水聽器水平、垂直全向，其球?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)也有最好的承壓能力，在球口部位安裝耐高壓去耦墊對導(dǎo)線出口進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)起到隔振作用。壓電元件表面灌注一層特殊聚氨酯橡膠作為承壓層，以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能保證水聽器可以在最高50MPa的靜水壓下工作，并具有良好的壓力穩(wěn)定性，適合作為高靜水壓下校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)水聽器使用。
【IPC分類】G01H11-08
【公開號】CN204330123
【申請?zhí)枴緾N201420802374
【發(fā)明人】何濤, 徐平, 盛杰
【申請人】中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月17日