CN105554626A - 大尺寸平面换能器阵透声窗及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大尺寸平面换能器阵透声窗及系统，包括透声膜和围框；其中，所述透声膜连接所述围框的一侧面；所述透声膜设置有封闭弹性槽；所述围框的外缘设置有散热台阶边框。所述散热台阶边框与所述透声膜的厚度相同。所述透声膜采用工业纯钛TA2制成；所述围框采用刚性矩形结构件。本发明中透声膜采用工业纯钛TA2制成，提高了海水中长时间工作换能器的可靠性，TA2材料耐腐蚀性能优于传统材料不锈钢；本发明中大尺寸平面换能器阵透声窗的平面更趋于等幅振动，提高透声效率。

Description

大尺寸平面换能器阵透声窗及系统
技术领域
本发明涉及水声工程技术，具体地，涉及大尺寸平面换能器阵透声窗及系统。
背景技术
国内传统换能器透声窗用的包覆材料多为橡胶或聚氨酯材料，此类材料在海水中长期浸泡后，由于受海水腐蚀，海生物生长及自身渗水率影响，换能器自身寿命较短，因此将换能器透声材料改为金属，将大大提高其寿命和可靠性。
常用换能器透声窗用的金属材料一般为奥氏体不锈钢及钛合金，不锈钢加工，焊接性能优良，但重量较重，抗腐蚀性能，透声性能也远不如钛合金。但钛合金材料价格昂贵，加工难度较高，因此在大尺寸换能器的应用上需综合考虑其特点进行设计。
在应用到一种大尺寸平面阵换能器时，钛合金板材由于透声需要不能设计过厚，由此造成透声窗结构强度不够，而结构强度不足又直接给换能器密封及板材透声时自身的受迫振动带来的影响，从而影响整个换能器的性能。因此需要设计一种透声性能良好，结构刚性高，可靠性高，并不对安装拆卸产生影响的透声窗。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大尺寸平面换能器阵透声窗及系统。
根据本发明一个方面提供的大尺寸平面换能器阵透声窗，包括透声膜和围框；
其中，所述透声膜连接所述围框的一侧面；所述透声膜设置有封闭弹性槽；
所述围框的外缘设置有散热台阶边框。
优选地，所述散热台阶边框与所述透声膜的厚度相同。
优选地，所述透声膜采用工业纯钛TA2制成；所述围框采用刚性矩形结构件。
优选地，所述透声膜的厚度为1～2mm；
所述封闭弹性槽的槽深约3mm，冲压弯曲角为120°，倒角约R10mm。
优选地，所述透声膜与所述围框之间采用焊接连接；
当烧焊时，采用激光低温机器焊接。
优选地，当焊接完成后，通过热处理所述透声窗消除应力。
根据本发明另一个方面提供的大尺寸平面换能器阵透声窗系统，包括所述的大尺寸平面换能器阵透声窗；还包括换能器和紧固件；
其中，所述大尺寸平面换能器阵透声窗通过密封圈连接所述换能器的壳体；
所述紧固件将所述换能器的壳体和所述大尺寸平面换能器阵透声窗固定在一起。
优选地，所述密封圈采用O型密封圈。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中透声膜采用工业纯钛TA2制成，提高了海水中长时间工作换能器的可靠性，TA2材料耐腐蚀性能优于传统材料不锈钢；
2、本发明中大尺寸平面换能器阵透声窗的平面更趋于等幅振动，提高透声效率；
3、本发明中透声膜设置有封闭弹性槽，解决了超薄板材料刚性不足的问题；
4、本发明中围框上设置有散热台阶边框，解决了TA2超薄板材料极难焊接的问题；
5、本发明中紧固件将换能器的壳体和大尺寸平面换能器阵透声窗固定在一起，便于安装拆卸。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中透声窗与换能器的安装示意图；
图2为本发明中大尺寸平面换能器阵透声窗系统一个方向的结构示意图；
图3为本发明中大尺寸平面换能器阵透声窗系统另一个方向的结构示意图；
图4为本发明中图3中Z部分的局部放大示意图；
图5为本发明中图3中Y部分的局部放大示意图。
图中：
1为透声膜；
2为换能器的壳体；
3为紧固件；
4为O形密封圈；
5为围框；
6为封闭弹性槽；
7为散热台阶边框。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的大尺寸平面换能器阵透声窗，包括透声膜1和围框5；
其中，所述透声膜1连接所述围框5的一侧面；所述透声膜1设置有封闭弹性槽；所述围框5的外缘上设置有散热台阶边框7。
所述散热台阶边框7与所述透声膜1的厚度相同。所述透声膜1采用工业纯钛TA2制成；所述工业纯钛TA2为1mm板材。所述围框5采用刚性矩形结构件。围框5为机加工出的矩形围框5，围框5的两面平整度控制在0.2以内。
所述透声膜1的厚度为1～2mm；所述封闭弹性槽6的槽深约3mm，冲压弯曲角为120°，倒角约R10mm。所述封闭弹性槽6为冲压模具冲压出的，尺寸约为800mm×400mm的矩形封闭弹性槽6。冲压完成后须验伤，以保证无明显的冲破或厚度过薄。
所述透声膜1与所述围框5之间采用焊接连接；当烧焊时，采用激光低温机器焊接。当焊接完成后，通过热处理所述透声窗消除应力。
本发明提供的大尺寸平面换能器阵透声窗通过如下方式制成：围框5与透声膜1均准备好后将透声膜1用工装绷紧置与平面工作台，并将围框5用夹具固定于透声膜1上，先焊接围框5内侧，焊完后沿围框5外沿散热台阶7处线切割除去多余钛板，最后在散热台阶7处焊接外沿，焊接全部用激光低温满焊，以保证稳定，美观。
本发明提供的大尺寸平面换能器阵透声窗系统，包括所述的大尺寸平面换能器阵透声窗；还包括换能器和紧固件3；其中，所述大尺寸平面换能器阵透声窗通过密封圈连接所述换能器的壳体2；所述紧固件3将所述换能器的壳体2和所述大尺寸平面换能器阵透声窗固定在一起。所述密封圈采用O型密封圈。
本发明中选用工业纯钛TA2制作透声膜1，工业纯钛TA2杂质含量较化学纯钛要多，因此强度，硬度也稍高，其力学性能及化学性能与不锈钢相近，塑性好，且可焊接，可切削加工，耐蚀性好，在抗氧化性方面优于奥氏体不锈钢。其抗腐蚀性能满足海底长期工作的需要。
工业纯钛TA2在低温下厚度0.3～2mm时弯曲角≥100°，屈服强度，屈强比，伸长率能满足冲压弹性槽6条件冲压所需条件。为达到良好的透声效果，工业纯钛TA2板材不能过厚，但太薄不容易机加工，一般选用1.2～2mm。而一个大尺寸平面阵需要的透声窗尺寸在这种厚度条件下结构刚性显然不足，从而使透声窗中心与四周振动模态不一致，导致声性能造成差异，为弥补结构刚性的不足，在透声膜1的辐射面区域冲压矩形弹性槽6，经热处理消应力后，在弹性槽6中间位置，板材透声所引起的不均匀受迫振动变为等幅振动，减少了弹性槽6外围结构刚体的约束。
当焊接刚性围框5时，为使透声膜1的透声区域张紧并将其与换能器壳体2密封可靠连接，透声膜1需焊接矩形刚性围框5，以获得刚性及平整度较高的密封面。围框5与透声膜1焊接后，透声膜1张紧，平实可靠，不可扭曲，四周围框5不仅可牢固压紧与换能器连接的O形密封圈4，同时可安装与其连接用的紧固件3。
围框5加工等厚散热台阶，工业纯钛TA2在高温下极易氧化造成变形，因此对焊接要求极高。而透声膜1厚度较薄，又加大了焊接的难度。围框5加工与板材等厚的台阶后，焊接时围框5与板材散热一致，从而使焊接产生的热量能迅速释放，这样透声膜板材就不容易烧穿。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种大尺寸平面换能器阵透声窗，其特征在于，包括透声膜和围框；
其中，所述透声膜连接所述围框的一侧面；所述透声膜设置有封闭弹性槽；
所述围框的外缘设置有散热台阶边框。
2.根据权利要求1所述的大尺寸平面换能器阵透声窗，其特征在于，所述散热台阶边框与所述透声膜的厚度相同。
3.根据权利要求1所述的大尺寸平面换能器阵透声窗，其特征在于，所述透声膜采用工业纯钛TA2制成；所述围框采用刚性矩形结构件。
4.根据权利要求1所述的大尺寸平面换能器阵透声窗，其特征在于，所述透声膜的厚度为1～2mm；
所述封闭弹性槽的槽深约3mm，冲压弯曲角为120°，倒角约R10mm。
5.根据权利要求1所述的大尺寸平面换能器阵透声窗，其特征在于，所述透声膜与所述围框之间采用焊接连接；
当烧焊时，采用激光低温机器焊接。
6.根据权利要求5所述的大尺寸平面换能器阵透声窗，其特征在于，当焊接完成后，通过热处理所述透声窗消除应力。
7.一种大尺寸平面换能器阵透声窗系统，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的大尺寸平面换能器阵透声窗；还包括换能器和紧固件；
其中，所述大尺寸平面换能器阵透声窗通过密封圈连接所述换能器的壳体；
所述紧固件将所述换能器的壳体和所述大尺寸平面换能器阵透声窗固定在一起。
8.根据权利要求7所述的大尺寸平面换能器阵透声窗系统，其特征在于，所述密封圈采用O型密封圈。
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