CN104505075A - 一种高频宽带复合材料水声换能器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频宽带复合材料水声换能器其及制作方法，该高频宽带复合材料水声换能器包括有一外壳，外壳内设有底面高度为渐变状的长条形复合陶瓷，复合陶瓷的下方设有高强度环氧泡沫背衬，环氧泡沫背衬顶面的斜度与复合陶瓷底面的斜度相同，复合陶瓷的电极通过导电胶与引出于外壳外部的电缆相连，外壳表面以及外壳和电缆的连接部通过聚氨酯材料实现密封。本发明工作频段宽，在工作频段内阻抗恒定，同时具有在工作频段内水平开角恒定的优点，相比其它的高频宽带换能器，不需要匹配层，温度的影响减小，同时不需要重背衬材料来增加带宽，制作工艺简单，适合大批量生产。

Description

一种高频宽带复合材料水声换能器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于水声、工业超声检测等方面的。
背景技术：
由于在高频条件下，声纳系统具有较高的分辨率，因此，高频换能器在成像声纳、探雷声纳和近距离通讯声纳等方面有着广阔的前景，研究意义重大。
近年来，随着图像声纳技术的发展，对于高频换能器的需求日益增加，换能器的性能亦相应提高；同时，为了提升抗干扰性，水声设备常常在很宽的频率范围内工作，也要求换能器具有较宽的带宽。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种高频宽带复合材料水声换能器其及制作方法，该高频宽带复合材料水声换能器具有工作频段宽、制作工艺简单，适合大批量生产的特点。
为实现上述目的，本发明的一种高频宽带复合材料水声换能器包括有一外壳，外壳内设有底面高度为渐变状的长条形复合陶瓷，复合陶瓷的下方设有高强度环氧泡沫背衬，环氧泡沫背衬顶面的斜度与复合陶瓷底面的斜度相同，复合陶瓷的电极通过导电胶与引出于外壳外部的电缆相连，外壳表面以及外壳和电缆的连接部通过聚氨酯材料实现密封。
作为上述技术方案的优选，所述的复合陶瓷在宽度方向上亦为渐变的倾斜状。
作为上述技术方案的优选，所述的复合陶瓷沿长度和宽度方向被均匀切割，切割处填充有环氧树脂。
作为上述技术方案的优选，所述的复合陶瓷的长度为80mm、宽度为9～18mm、高度为1～2mm。
本发明的高频宽带复合材料水声换能器的制作方法包括如下步骤：
(a)首先，将陶瓷材料沿长度和宽度方向均匀切割，切割处填充环氧树脂，形成长条形复合陶瓷；
(b)将长条形复合陶瓷放入一定斜度的磨具中进行研磨，形成底面高度和宽度渐变的复合陶瓷；
(c)将复合陶瓷的底面朝下放入设置有高强度环氧泡沫背衬的不锈钢外壳中，并通过导电胶将复合陶瓷的电极与引出外壳外部的电缆相连；
(d)在外壳表面以及外壳和电缆的连接部使用聚氨酯材料进行密封，得到高频宽带复合材料换能器。
本发明的有益效果在于：其工作频段宽，在工作频段内阻抗恒定，同时具有在工作频段内水平开角恒定的优点，相比其它的高频宽带换能器，不需要匹配层，温度的影响减小，同时不需要重背衬材料来增加带宽，制作工艺简单，适合大批量生产。
附图说明：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明的剖面图；
图2为本发明的复合陶瓷的结构示意图；
图中符号说明：
10－外壳
20－复合陶瓷
30－环氧泡沫背衬
40－电缆
50－聚氨酯材料
具体实施方式：
见图1所示：本发明高频宽带复合材料水声换能器包括有一不锈钢外壳10，外壳10内设有底面高度为倾斜渐变的长条形复合陶瓷20，复合陶瓷20为1-3复合材料，构成换能器的有源元件，将电能转换为声能，在高频条件下具有振动模态单一，耦合系数较高的特点。复合陶瓷20的下方设有高强度环氧泡沫背衬30，该高强度环氧泡沫背衬30具有耐压强度高、声速低、密度小等特点，其顶面的斜度与复合陶瓷20底面的斜度相同，
复合陶瓷20的电极通过导电胶与引出于外壳10外部的电缆40相连，外壳10表面以及外壳10和电缆40的连接部通过聚氨酯材料50实现密封。
见图2所示：复合陶瓷20不仅底面高度为倾斜渐变，在宽度方向上亦为渐变的倾斜状。复合陶瓷20沿长度和宽度方向被均匀切割，切割处填充有环氧树脂。复合陶瓷20的长度为80mm、宽度为9～18mm、高度为1～2mm。
本发明的高频宽带复合材料水声换能器的制作方法包括如下步骤：
(a)首先，将陶瓷材料沿长度和宽度方向均匀切割，切割处填充环氧树脂，形成长条形复合陶瓷20；
(b)将长条形复合陶瓷放入一定斜度的磨具中进行研磨，形成底面高度和宽度渐变的复合陶瓷20，其中，高度渐变可实现换能器的高频宽带特性，宽度渐变则可实现换能器在宽带频率内宽度方向上恒定波束开角；
(c)将复合陶瓷20的底面朝下放入设置有高强度环氧泡沫背衬30的不锈钢外壳10中，并通过导电胶将复合陶瓷20的电极与引出外壳10外部的电缆40相连；
(d)在外壳10表面以及外壳10和电缆40的连接部使用聚氨酯材料50进行密封，得到高频宽带复合材料换能器。
本发明的高频宽带复合材料水声换能器经测试：其工作频率为500KHz～1000KHz，工作带宽为500KHz，换能器的发射电压响应为175dB起伏±2dB，在工作带宽内阻抗恒定为10Ω，换能器宽度方向的开角恒定，-3dB开角8.5度。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种高频宽带复合材料水声换能器，包括有一外壳(10)，其特征在于：外壳(10)内设有底面高度为渐变状的长条形复合陶瓷(20)，复合陶瓷(20)的下方设有高强度环氧泡沫背衬(30)，环氧泡沫背衬(30)顶面的斜度与复合陶瓷(20)底面的斜度相同，复合陶瓷(20)的电极通过导电胶与引出于外壳(10)外部的电缆(40)相连，外壳(10)表面以及外壳(10)和电缆(40)的连接部通过聚氨酯材料(50)实现密封。
2.根据权利要求1所述的高频宽带复合材料水声换能器，其特征在于：所述的复合陶瓷(20)在宽度方向上亦为渐变的倾斜状。
3.根据权利要求2所述的高频宽带复合材料水声换能器，其特征在于：所述的复合陶瓷(20)沿长度和宽度方向被均匀切割，切割处填充有环氧树脂。
4.根据权利要求3所述的高频宽带复合材料水声换能器，其特征在于：所述的复合陶瓷(20)的长度为80mm、宽度为9～18mm、高度为1～2mm。
5.权利要求1所述的高频宽带复合材料水声换能器的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)首先，将陶瓷材料沿长度和宽度方向均匀切割，切割处填充环氧树脂，形成长条形复合陶瓷；
(b)将长条形复合陶瓷放入一定斜度的磨具中进行研磨，形成底面高度和宽度渐变的复合陶瓷；
(c)将复合陶瓷的底面朝下放入设置有高强度环氧泡沫背衬的不锈钢外壳中，并通过导电胶将复合陶瓷的电极与引出外壳外部的电缆相连；
(d)在外壳表面以及外壳和电缆的连接部使用聚氨酯材料进行密封，得到高频宽带复合材料换能器。
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