CN105841800A - 一种耐高压的球形水听器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了耐高压的球形水听器及其制造方法。现有球形水听器橡胶硫化工艺造成水听器不稳定。本发明的外壳材质为环氧树脂；吸声层与外壳的两级阶梯孔过盈配合；封装盖板放置在吸声层顶部，压板压在封装盖板上；连接杆顶部与吸声层及封装盖板的连接杆安装孔配合；金属接头上的两个凸头与压板开设的两个定位孔匹配；球形陶瓷球的两个半球面的正、负极分别相接后对应连接导线的正、负极，导线穿出连接杆顶端及压板部分的正、负极与金属接头内电缆的正、负极对应相接；吸声层的灌油孔、出气孔分别与封装盖板的灌油孔、出气孔相通；封装盖板的灌油孔和出气孔用环氧树脂封住；外壳与压电陶瓷球之间充满硅油。本发明提高了水听器的灵敏度和耐压性。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种耐高压的球形水听器及其制造方法。
背景技术
声压水听器是水声测量中必不可少的设备，是被动声呐系统中的核心部分。水听器是一种电声转换的传感器，当水听器敏感元件感应到声信号时，将声信号转换成电信号，反之当敏感元件受到电信号激励，敏感元件发生机械振动，将机械振动以声波的形式向外传播，从而完成电声转换，主要应用于水声测量和水声量值传递。在低频率范围内，球形声压水听器因其水平无指向性，垂直方向除结构阻挡部分外也无指向性而被广泛应用于声场研究中。
目前球形水听器的灵敏元件一般采用压电陶瓷球，在制作过程中对灵敏元件的表面处理多采用橡胶硫化外加防水透声层的方法，以防止使用过程中海水等腐蚀性液体对水听器的腐蚀，延长使用寿命。但是橡胶硫化工艺复杂且存在一定的局限性。一方面，橡胶的易老化问题经过硫化虽然有所改善，长期使用的情况下还是会出现；受到硫化工艺的影响，在硫化过程中，压电陶瓷球受到外力挤压，从而会引起振动模态的变化；在进行橡胶硫化时，易在橡胶内部和表面产生气泡。这些因素会降低球形水听器的灵敏度以及对其频率响应范围、指向性和稳定性等产生影响。另一方面，在使用过程中，外部环境的水压，温度会通过橡胶作用在灵敏元件上，从而造成水听器的不稳定性，测量结果随之产生误差，也因此不适用于高压环境下的声场测量。
发明内容
本发明的目的是针对现有球形水听器制作工艺上橡胶硫化的缺陷及其对水听器灵敏度、指向性和稳定性等性能造成的影响，提出一种灵敏度高、耐高压、稳定性好、使用寿命长的球形水听器及其制造方法，该球形水听器结构简单、易操作，减小传统对压电陶瓷表面进行橡胶硫化处理给水听器带来的影响。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明耐高压的球形水听器，包括压电陶瓷球、外壳、连接杆、硅油、吸声层、封装盖板、压板、金属接头和电缆；所述外壳的材质为环氧树脂；所述的吸声层为两级阶梯轴结构，并与外壳内部的两级阶梯孔过盈配合；封装盖板放置在吸声层顶部，压板压在封装盖板上；所述的连接杆竖直设置，顶部与吸声层及封装盖板开设的连接杆安装孔配合；金属接头上的两个凸头与压板开设的两个定位孔匹配实现定位；金属接头中空，用于放置电缆；所述的球形陶瓷球由两个相同内径和厚度的半球面粘接而成；导线固定在连接杆内，底部露出连接杆外与锥头固定；锥头嵌入压电陶瓷球内；连接杆和锥头的材质均为环氧树脂；球形陶瓷球的两个半球面的正、负极分别相接后对应连接导线穿出锥头外部分的正、负极，导线穿出连接杆顶端及压板部分的正、负极与电缆的正、负极对应相接；吸声层开设的灌油孔与封装盖板开设的灌油孔相通；吸声层开设的出气孔与封装盖板开设的出气孔相通；所述封装盖板的灌油孔和出气孔用环氧树脂封住；外壳与压电陶瓷球之间充满硅油。
所述的金属接头和压板均采用不锈钢材料。
所述的吸声层由具有吸声性能的橡胶制备而成，高度为3cm。
所述的外壳的孔端、封装盖板的轴肩及轴端均倒圆角。
本发明耐高压的球形水听器的制造方法，具体步骤如下：
步骤一、灌注外壳：对环氧树脂进行真空除气泡处理后灌入外壳模具中加热固化形成外壳，最后脱模进行表面打磨；加热固化的温度设定为60℃。
步骤二、将导线穿过组件模具，环氧树脂进行真空除气泡处理后灌入组件模具中加热固化形成导线、连接杆及锥头组件，最后脱模进行表面打磨；加热固化的温度设定为60℃。
步骤三、压电陶瓷球的两个半球面的正、负极分别相接后对应连接导线穿出锥头外部分的正、负极，然后将锥头嵌于压电陶瓷球的锥孔内，并用环氧树脂进一步固定。
步骤四、连接杆顶部穿过吸声层及封装盖板的连接杆安装孔，并将封装盖板上的灌油孔与吸声层的灌油孔对齐，然后将吸声层与外壳的两级阶梯孔过盈配合，再用环氧树脂将封装盖板与外壳粘接。
步骤五、通过封装盖板和吸声层的灌油孔将硅油注入外壳内，注满后用环氧树脂将封装盖板的灌油孔和出气孔封住，并检查封装盖板与外壳的粘接处以及封装盖板的灌油孔和出气孔处是否漏油，若漏油则用环氧树脂在漏油处重新密封。
步骤六、导线穿出连接杆顶端及压板部分的正、负极与电缆的正、负极对应相接。
步骤七、将金属接头上的两个凸头嵌入压板的两个定位孔内，实现金属接头的定位，然后用环氧树脂将金属接头与外壳粘接，并检查环氧树脂将金属接头与外壳的粘接处是否漏油，若漏油则用环氧树脂重新粘接。
步骤八、采用橡胶硫化的方法将电缆与金属接头进行连接。
所述的环氧树脂均采用E51型环氧树脂，基料与固化剂按比例4：1均匀混合；固化剂采用型号为W93的改性异佛尔酮二胺。
本发明的有益效果是：优化了球形水听器的结构设计，制作简单；采用外壳设计和灌注硅油的方法取代传统橡胶硫化的表面处理方法，提高了水听器的灵敏度和耐压性，延长了使用寿命；内部设有吸声层，降低了水听器的自噪声；顶端的金属接头有效地降低空间的电磁干扰信号。本发明可广泛应用于水声测量的各个领域，特别是中低频高压环境下的声场测量。
附图说明
图1为本发明的结构剖视图；
图2为本发明的灵敏度校准曲线图。
图中：1、压电陶瓷球，2、外壳，3、连接杆，4、硅油，5、吸声层，6、封装盖板、7、压板，8、灌油孔，9、出气孔，10、金属接头，11、电缆，12、凸头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更详细的描述。
如图1所示，一种耐高压的球形水听器，包括压电陶瓷球1、外壳2、连接杆3、硅油4、吸声层5、封装盖板6、压板7、金属接头10和电缆11；外壳2由环氧树脂灌注而成，起到支撑、防水防油、透声和耐压作用，能减小声波在传播过程中的能量损失，此外，环氧树脂质地较硬，能提高球形水听器的抗压性能；吸声层5为两级阶梯轴结构，并与外壳2内部的两级阶梯孔过盈配合；封装盖板6放置在吸声层5顶部，压板7压在封装盖板6上；连接杆3竖直设置，顶部与吸声层5及封装盖板6开设的连接杆安装孔配合；金属接头10上的两个凸头12与压板7开设的两个定位孔匹配实现定位，金属接头10和压板7均采用不锈钢材料，有利于屏蔽水听器工作时的电磁干扰；金属接头10中空，用于放置电缆11；球形陶瓷球1由两个相同内径和厚度的半球面粘接而成，以消除整球结构因壁厚不均匀给水听器的水平和垂直方向指向性带来的影响；导线固定在连接杆内，底部露出连接杆外与锥头固定；锥头嵌入压电陶瓷球1内；球形陶瓷球1的两个半球面的正、负极分别相接后对应连接导线穿出锥头外部分的正、负极，导线穿出连接杆顶端及压板7部分的正、负极与电缆11的正、负极对应相接；吸声层5开设的灌油孔8与封装盖板6开设的灌油孔8相通；吸声层5开设的出气孔9与封装盖板6开设的出气孔相通；封装盖板6的灌油孔8和出气孔9用环氧树脂封住；吸声层由具有吸声性能的橡胶制备而成，用以吸收水听器内不必要的声反射，起到降噪的作用，高度为3cm，可保证连接杆的垂直度；外壳与压电陶瓷球之间充满硅油4，起到绝缘的作用，性质稳定，隔绝外部环境与压电陶瓷球的直接接触，能够延长水听器的使用寿命。外壳2的孔端、封装盖板的轴肩及轴端均倒圆角，以减小水听器内部声波信号反射的干扰作用。
该耐高压的球形水听器的制造方法，具体步骤如下：
1、灌注外壳2：对环氧树脂进行真空除气泡处理后灌入外壳模具中加热固化形成外壳2，最后脱模进行表面打磨；加热固化的温度设定为60℃。
2、将导线穿过组件模具，环氧树脂进行真空除气泡处理后灌入组件模具中加热固化形成导线、连接杆及锥头组件，最后脱模进行表面打磨；加热固化的温度设定为60℃。
3、压电陶瓷球的两个半球面的正、负极分别相接后对应连接导线穿出锥头外部分的正、负极，然后将锥头嵌于压电陶瓷球的锥孔内，并用环氧树脂进一步固定。
4、连接杆顶部穿过吸声层及封装盖板的连接杆安装孔，并将封装盖板上的灌油孔与吸声层的灌油孔对齐，然后将吸声层5与外壳的两级阶梯孔过盈配合，再用环氧树脂将封装盖板与外壳粘接。
5、通过封装盖板和吸声层的灌油孔将硅油注入外壳内，注满后用环氧树脂将封装盖板的灌油孔和出气孔封住，并检查封装盖板与外壳的粘接处以及封装盖板的灌油孔和出气孔处是否漏油，若漏油则用环氧树脂在漏油处重新密封。
6、导线穿出连接杆顶端及压板7部分的正、负极与电缆11的正、负极对应相接。
7、将金属接头上的两个凸头嵌入压板7的两个定位孔内，实现金属接头的定位，然后用环氧树脂将金属接头与外壳粘接，并检查环氧树脂将金属接头与外壳的粘接处是否漏油，若漏油则用环氧树脂重新粘接。
8、采用橡胶硫化的方法将电缆与金属接头进行连接。
上述环氧树脂均采用E51型环氧树脂，基料与固化剂按比例4：1均匀混合；固化剂采用型号为W93的改性异佛尔酮二胺。
按照以上制造方法制造出球形水听器，采用比较法对其进行灵敏度校准，得到频率f在10～40KHz上的灵敏度M曲线如图2所示，从图中可以看出，该球形水听器在10KHz～40KHz频率范围内的灵敏度比标准水听器高出2～5dB，频率响应较为平坦，适用于中、低频率范围内的声场测量。
Claims (6)
1.一种耐高压的球形水听器，包括压电陶瓷球、外壳、连接杆、硅油、吸声层、封装盖板、压板、金属接头和电缆，其特征在于：所述外壳的材质为环氧树脂；所述的吸声层为两级阶梯轴结构，并与外壳内部的两级阶梯孔过盈配合；封装盖板放置在吸声层顶部，压板压在封装盖板上；所述的连接杆竖直设置，顶部与吸声层及封装盖板开设的连接杆安装孔配合；金属接头上的两个凸头与压板开设的两个定位孔匹配实现定位；金属接头中空，用于放置电缆；所述的球形陶瓷球由两个相同内径和厚度的半球面粘接而成；导线固定在连接杆内，底部露出连接杆外与锥头固定；锥头嵌入压电陶瓷球内；连接杆和锥头的材质均为环氧树脂；球形陶瓷球的两个半球面的正、负极分别相接后对应连接导线穿出锥头外部分的正、负极，导线穿出连接杆顶端及压板部分的正、负极与电缆的正、负极对应相接；吸声层开设的灌油孔与封装盖板开设的灌油孔相通；吸声层开设的出气孔与封装盖板开设的出气孔相通；所述封装盖板的灌油孔和出气孔用环氧树脂封住；外壳与压电陶瓷球之间充满硅油。
2.根据权利要求1所述的一种耐高压的球形水听器，其特征在于：所述的金属接头和压板均采用不锈钢材料。
3.根据权利要求1所述的一种耐高压的球形水听器，其特征在于：所述的吸声层由具有吸声性能的橡胶制备而成，高度为3cm。
4.根据权利要求1所述的一种耐高压的球形水听器，其特征在于：所述的外壳的孔端、封装盖板的轴肩及轴端均倒圆角。
5.根据权利要求1～4中任一项所述耐高压的球形水听器的制造方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一、灌注外壳：对环氧树脂进行真空除气泡处理后灌入外壳模具中加热固化形成外壳，最后脱模进行表面打磨；加热固化的温度设定为60℃；
步骤二、将导线穿过组件模具，环氧树脂进行真空除气泡处理后灌入组件模具中加热固化形成导线、连接杆及锥头组件，最后脱模进行表面打磨；加热固化的温度设定为60℃；
步骤三、压电陶瓷球的两个半球面的正、负极分别相接后对应连接导线穿出锥头外部分的正、负极，然后将锥头嵌于压电陶瓷球的锥孔内，并用环氧树脂进一步固定；
步骤四、连接杆顶部穿过吸声层及封装盖板的连接杆安装孔，并将封装盖板上的灌油孔与吸声层的灌油孔对齐，然后将吸声层与外壳的两级阶梯孔过盈配合，再用环氧树脂将封装盖板与外壳粘接；
步骤五、通过封装盖板和吸声层的灌油孔将硅油注入外壳内，注满后用环氧树脂将封装盖板的灌油孔和出气孔封住，并检查封装盖板与外壳的粘接处以及封装盖板的灌油孔和出气孔处是否漏油，若漏油则用环氧树脂在漏油处重新密封；
步骤六、导线穿出连接杆顶端及压板部分的正、负极与电缆的正、负极对应相接；
步骤七、将金属接头上的两个凸头嵌入压板的两个定位孔内，实现金属接头的定位，然后用环氧树脂将金属接头与外壳粘接，并检查环氧树脂将金属接头与外壳的粘接处是否漏油，若漏油则用环氧树脂重新粘接；
步骤八、采用橡胶硫化的方法将电缆与金属接头进行连接。
6.根据权利要求5所述一种耐高压的球形水听器的制造方法，其特征在于：所述的环氧树脂均采用E51型环氧树脂，基料与固化剂按比例4：1均匀混合；固化剂采用型号为W93的改性异佛尔酮二胺。
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