CN109239696A - 一种耐高静水压球形水听器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高静水压球形水听器，主要包括带孔球形压电元件等，基座与设备安装平台连接，基座上端连接螺杆，螺杆通过非金属支撑结构连接带孔球形压电元件以此实现带孔球形压电元件与基座的去耦，带孔球形压电元件内腔填充柔性固体以平衡内外压力差，带孔球形压电元件上开有小孔，小孔中穿出导线，带孔球形压电元件、非金属支撑结构、螺杆、基座外部用硫化橡胶层闭防。本发明解决了传统球形标准水听器无法耐高静水压问题，实现水听器在7000米深度正常工作，适用于水下无人潜航器、水下信息网络等深水探测、预警和通讯系统，为深海探测、载人和非载人深潜器的发展，提供技术支持，是深入探索深海领域的重要步骤。

Description

一种耐高静水压球形水听器

技术领域

本发明涉及海洋技术的领域，具体涉及一种耐高静水压球形水听器。

背景技术

海洋蕴藏着丰富的资源，随着技术和经济的发展，人类对深海的探测和深海资源的开发越来越感兴趣，为获得精准的深海测绘信息，提高深海通讯能力具有重要的战略意义。

目前，蛟龙号等载人深潜器已经能下到7000米水深，2012年3月美国好莱坞著名导演詹姆斯-卡梅隆独自乘坐潜艇“深海挑战者”号，下潜10924米，探底西太平洋马里亚纳海沟。

随着深度增加压力迅速上升，在7000米处，每平方厘米的压力可达到7吨，在深水工作的换能器必须能承受如此大压力。目前主要通过平衡压力，实现深工作。换能器主要有溢流式拼镶圆环换能器和充油式，通过平衡压电元件内外压差，避免元件损坏，保证换能器正常工作。

球形水听器，结构中心对称，水平无指向性，垂直探测范围大，工作频带内灵敏度比较平坦，常用作接收水听器，在探测、通讯和预警等领域有较广泛的应用，也常被用作标准水听器，用于校准和计量，但工作深度有限。中船重工西安东仪科工集团有限公司，王振中等人，提出充油的方法，平衡内外压力，提高工作深度，但未说明具体工作水深，该方法优点是内压随着深度增加、外压增大、腔体变小而同步升高，与外压达到平衡，缺点是工艺复杂，存在油泄露的隐患。中科院声学所戴郁郁，通过在压电小球外侧灌注环氧的方法，实现了水听器深水工作，但未说明具体水深。同时，在另一个专利中还介绍了戴郁郁一款由两个半球拼成整球的深水换能器，同样未说明具体工作深度。优点是没有油泄露的隐患，但灵敏度会明显降低。715所刘强，采用增加压电陶瓷厚度和压电小球半径的措施，实现了6000米正常工作。

目前715所已形成系列球形水听器，占据大量市场份额，常用的20型水听器，一般工作深度不超过2000米。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种耐高静水压球形水听器。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种耐高静水压球形水听器，主要包括带孔球形压电元件、柔性固体、非金属支撑结构、螺杆、基座、导线、硫化橡胶层，基座与设备安装平台连接，基座上端连接螺杆，螺杆通过非金属支撑结构连接带孔球形压电元件以此实现带孔球形压电元件与基座的去耦，带孔球形压电元件内腔填充柔性固体以平衡内外压力差，带孔球形压电元件上开有小孔，小孔中穿出导线，带孔球形压电元件、非金属支撑结构、螺杆、基座外部用硫化橡胶层闭防。

所述柔性固体压缩比远小于空气，较小应变就可以产生较大应力，实现大深度时带孔球形压电元件内外压力平衡。

所述带孔球形压电元件是声电转换元件，可以是整球，也可以是两个半球拼接成整球。

所述带孔球形压电元件为两个半球拼接时，其中一个半球内正外负，从内部引出一根导线作为水听器的正，另一个半球外正内负，球中间有小孔，从内部引出一根导线作为水听器的负，两个半球在外部通过第三根导线连接。

所述带孔球形压电元件为整球时，从球的内、外部各引一根导线。

所述导线连接带孔球形压电元件的正负极传输信号，导线穿过非金属支撑结构、螺杆、基座中间的孔并最终引出。

所述水听器耐静水压达到70Mpa且水平无指向性。

本发明的有益效果为：

1、本发明解决了传统球形标准水听器无法耐高静水压问题，实现水听器在7000米深度正常工作，适用于水下无人潜航器、水下信息网络等深水探测、预警和通讯系统，为深海探测、载人和非载人深潜器的发展，提供技术支持，是深入探索深海领域的重要步骤。

2、本发明通过柔性固体材料填充，利用固体压缩比小的特点，实现压电陶瓷元件静压力平衡，经70MPa水压实验后，水听器性能无明显变化，满足7000米深水工作要求，将工作深度从2000米提高到7000米。

附图说明

图1为本发明的外部结构示意图。

图2为本发明的内部结构剖视图。

图3为本发明的带孔球形压电元件半球方式接线关系示意图。

图4为本发明的带孔球形压电元件整球方式接线关系示意图。

附图标记说明：带孔球形压电元件1、柔性固体2、非金属支撑结构3、螺杆4、基座5、导线6、硫化橡胶层7。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

实施例：如附图所示，这种耐高静水压球形水听器，主要包括带孔球形压电元件1、柔性固体2、非金属支撑结构3、螺杆4、基座5、导线6、硫化橡胶层7，基座5与设备安装平台连接，基座5上端连接螺杆4，螺杆4通过非金属支撑结构3连接带孔球形压电元件1以此实现带孔球形压电元件1与基座5的去耦，带孔球形压电元件1内腔填充柔性固体2以平衡内外压力差，带孔球形压电元件1上开有小孔，小孔中穿出导线6，带孔球形压电元件1、非金属支撑结构3、螺杆4、基座5外部用硫化橡胶层7闭防，防水密封。

所述柔性固体2是重要的压力平衡结构，其压缩比远小于空气，较小应变就可以产生较大应力，实现大深度时带孔球形压电元件1内外压力平衡，保证球形水听器正常工作。

所述带孔球形压电元件1是声电转换元件，可以是整球，也可以是两个半球拼接成整球，接线关系如附图3所示，将声压信号转换成电信号，实现探测和通讯信号的接收。带孔球形压电元件1可以为压电陶瓷球。

所述带孔球形压电元件1为两个半球拼接时，其中一个半球内正外负，从内部引出一根导线6作为水听器的正，另一个半球外正内负，球中间有小孔，从内部引出一根导线6作为水听器的负，两个半球在外部通过第三根导线6连接。

所述带孔球形压电元件1为整球时，从球的内、外部各引一根导线6。

所述导线6连球带孔球形压电元件1的正负极传输信号，导线6穿过非金属支撑结构3、螺杆4、基座5中间的孔并最终引出。

所述水听器耐静水压达到70Mpa且水平无指向性。

本发明实施过程：

带孔球形压电元件1选择半球拼接或整球其中一种方式实施；

带孔球形压电元件1选用压电陶瓷球并通过中间的小孔填满柔性固体2；

结构件清洗干净后，非金属支撑结构3通过螺纹拧在螺杆4上；

螺杆4通过螺纹拧在基座5上；

压电陶瓷正、负极的导线6穿过非金属支撑结构3，螺杆4和基座5中间的孔，用胶粘在非金属支撑结构3上，测量该状态水听器导纳和电容并记录；

粘接完成的结构放入硫化模具，硫化封装，大深度球形水听器完成。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐高静水压球形水听器，其特征在于：主要包括带孔球形压电元件(1)、柔性固体(2)、非金属支撑结构(3)、螺杆(4)、基座(5)、导线(6)、硫化橡胶层(7)，基座(5)与设备安装平台连接，基座(5)上端连接螺杆(4)，螺杆(4)通过非金属支撑结构(3)连接带孔球形压电元件(1)以此实现带孔球形压电元件(1)与基座(5)的去耦，带孔球形压电元件(1)内腔填充柔性固体(2)以平衡内外压力差，带孔球形压电元件(1)上开有小孔，小孔中穿出导线(6)，带孔球形压电元件(1)、非金属支撑结构(3)、螺杆(4)、基座(5)外部用硫化橡胶层(7)闭防。

2.根据权利要求1所述的耐高静水压球形水听器，其特征在于：所述柔性固体(2)压缩比远小于空气，实现大深度时带孔球形压电元件(1)内外压力平衡。

3.根据权利要求1所述的耐高静水压球形水听器，其特征在于：所述带孔球形压电元件(1)是声电转换元件，可以是整球，也可以是两个半球拼接成整球。

4.根据权利要求3所述的耐高静水压球形水听器，其特征在于：所述带孔球形压电元件(1)为两个半球拼接时，其中一个半球内正外负，从内部引出一根导线(6)作为水听器的正，另一个半球外正内负，球中间有小孔，从内部引出一根导线(6)作为水听器的负，两个半球在外部通过第三根导线(6)连接。

5.根据权利要求3所述的耐高静水压球形水听器，其特征在于：所述带孔球形压电元件(1)为整球时，从球的内、外部各引一根导线(6)。

6.根据权利要求1或5所述的耐高静水压球形水听器，其特征在于：所述导线(6)连接带孔球形压电元件(1)的正负极传输信号，导线(6)穿过非金属支撑结构(3)、螺杆(4)、基座(5)中间的孔并最终引出。

7.根据权利要求1所述的耐高静水压球形水听器，其特征在于：所述水听器耐静水压达到70Mpa且水平无指向性。