CN109060110A - 一种小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，属于水听器技术领域。压电圆管水听器包括多个圆管，每两个圆管之间通过去耦元件在垂直方向的端面进行胶合；其中，所述圆管包括压电陶瓷、锲形条和电极片，通过高分子胶黏剂胶合成圆管。本发明的压电圆管水听器与常规圆管、球形水听器相比，接收灵敏度提升10dB以上，达到常规纵向振动换能器的接收灵敏度，而最小直径可以达到20mm以下，并且简易、可靠和效果明显，水听器的制作更简易、方便。
Description
技术领域
本发明涉及水听器技术领域，特别涉及一种小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器。
背景技术
随着安静型隐身目标的出现，声纳主动探测不但已成为水下探测的重要方式，且有频率逐步下降的趋势。该类型声纳一般采用纵向振动换能器组成收发共用的圆柱阵，由于探测频率降低，声基阵的孔径必须相应增加，低频纵向换能器的长度和重量也相应增加，对球鼻艏的空间要求增加，而舰船球鼻艏与舰船本身吨位需相匹配，不可能无限增大，造成探测频率无法继续下降的矛盾，造成舰壳声纳作用距离缩短和探测效果下降。主被动舰壳声纳将舰壳声基阵分为收发分置的发射阵和共形接收阵两部分，由于接收阵可根据现有的舰壳形状进行布阵，所以其基阵孔径大、空间增益大、作用距离远，且具有重量轻、易于布阵等优点，是今后舰载探潜声纳发展的重要方向之一。但是常规圆管（圆柱）或球形水听器接收灵敏度相比原先的纵向换能器要低10dB左右，抵消了共形布阵带来的空间增益，影响了声纳的作用距离。
实际应用中压电圆管无法实现真正的切向极化。按照纯理论上的切向极化圆管制作，是在制好的圆管上按等份进行电极布置（一般通过刷银浆），再在不同电极上施加极化电压（5000V/mm），当圆管直径较小或等份较多时，由于极化时产生的应力在圆弧上不是均匀分布，容易造成圆管碎裂，而且极化效果不均匀，此方法制作的切向极化圆管只能在大体积（直径50mm）、等份少（6等份以内）的圆管上实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，以解决现有的水听器体积大且灵敏度低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，包括：
多个圆管，每两个圆管之间通过去耦元件在垂直方向的端面进行胶合；其中，
所述圆管包括压电陶瓷、锲形条和电极片，通过高分子胶黏剂胶合在镶拼圆环上形成圆管，所述锲形条为锲形铁条。
可选的，根据仿真和实际试验结果确定所述圆管的数量，使水听器的接收灵敏度达到要求。
可选的，所述压电圆管水听器底部设置有底板，顶部设置有金属法兰。
可选的，所述压电圆管水听器的四周包覆有高分子水密层，所述金属法兰位于所述高分子水密层外部。
可选的，所述电极片上设有圆环电极。
在本发明中提供了一种小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，包括多个圆管，每两个圆管之间通过去耦元件在垂直方向的端面进行胶合；其中，所述圆管包括压电陶瓷、锲形条和电极片，通过高分子胶黏剂胶合成圆管。本发明的压电圆管水听器与常规水听器相比，接收灵敏度提升10dB以上，达到圆柱阵换能器的接收灵敏度，而最小直径可以达到20mm以下，并且简易、可靠和效果明显，水听器的制作更简易、方便。
附图说明
图1是本发明提供的小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器结构示意图；
图2是圆管的结构示意图；
图3是小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器使用时的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，如图1所示。压电圆管水听器包括多个圆管1，每两个圆管之间通过去耦元件2在垂直方向的端面进行胶合。具体的，根据仿真和实际试验结果，优化确定所述圆管的数量，使水听器的接收灵敏度达到要求，同时又能满足水听器的输出阻抗利于后端前置放大器的输入匹配。
请参阅图2，所述圆管1包括压电陶瓷11、锲形条12和电极片13，利用工装将所述压电陶瓷11、所述锲形条12和所述电极片13通过高分子胶黏剂胶合在镶拼圆环上形成圆管。进一步的，所述锲形条12为锲形铁条，所述电极片13上设有圆环电极。
具体的，在使用时，在所述压电圆管水听器底部设置有底板3，顶部设置有金属法兰4，所述压电圆管水听器的四周包覆有高分子水密层5，所述金属法兰4位于所述高分子水密层5外部，光缆6从所述金属法兰4中穿过，连接所述压电圆管水听器的内外部。
本发明的工作原理为：由于常规圆管（或圆球）水听器采用径向极化（内外径极化），影响其接收灵敏度的主要参数g33很难做高，所以换能器接收灵敏度偏低。而在本发明中采用压电陶瓷，其d33可高达520×10-12pC/N，在采用相同材料时，其真空介电常数相同，相应的g33值也得到最大，所以在受到周围相同的水中压力波激励时，其产生的静态电荷就会越多，进而表现为其开路电压也变大，及接收灵敏度升高。
本发明通过拼装工艺将压电陶瓷和锲形铁条拼合成的圆管，工艺过程简单；可实现小体积切向极化压电圆管，构成的水听器个体间一致性可控；实现了工程意义上的切向极化压电圆管，提升了水听器接收灵敏度；而且通过优化圆管的数量和圆管之间的串联、并联或串并联，可以实现水听器灵敏度和输出阻抗调整；便于共形阵布阵和安装。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (5)
1.一种小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，其特征在于，包括：
多个圆管，每两个圆管之间通过去耦元件在垂直方向的端面进行胶合；其中，
所述圆管包括压电陶瓷、锲形条和电极片，通过高分子胶黏剂胶合在镶拼圆环上形成圆管，所述锲形条为锲形铁条。
2.如权利要求1所述的小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，其特征在于，根据仿真和实际试验结果确定所述圆管的数量，使水听器的接收灵敏度达到要求。
3.如权利要求1所述的小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，其特征在于，所述压电圆管水听器底部设置有底板，顶部设置有金属法兰。
4.如权利要求3所述的小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，其特征在于，所述压电圆管水听器的四周包覆有高分子水密层，所述金属法兰位于所述高分子水密层外部。
5.如权利要求1所述的小体积、高接收灵敏度的压电圆管水听器，其特征在于，所述电极片上设有圆环电极。
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