CN109888087A - 压电陶瓷圆管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水听器技术领域内的压电陶瓷圆管，包括压电陶瓷圆管及其覆盖在其内外壁的银层；所述压电陶瓷圆管外壁从中间被分为上部、下部及中间部，所述上部、所述下部均覆盖有银层，所述中间部为空白无银层；上部银层和内壁银层、下部银层和内壁银层分别进行极化，并且极化的方向相反。本发明较单个同样尺寸单向极化的压电陶瓷圆管相比，水听器具有灵敏度倍增的效果。

Description

压电陶瓷圆管

技术领域

本发明涉及水听器技术领域，具体的，涉及一种压电陶瓷圆管。

背景技术

水听器作为一种水下传感器，可以将水下压力变化产生的声信号转换为可供后续处理的电信号，进而通过分析可以得到真实可靠的水下声场的变化情况。水听器在海洋环境探测中起着十分重要的作用，只有不断提高水听器的灵敏度，才能满足对水下信号探测的需求。

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。

在现有的压电陶瓷圆管水听器中，为了提高灵敏度，常常采用多个极化方向不同的压电陶瓷圆管拼接的方法，这样不但增加水听器的体积，也增加水听器的制作难度。

经对现有技术的检索，中国实用新型专利CN201320011403.7，发明名称为本实用新型公开了一种精密压电陶瓷管，所述压电陶瓷管由压电陶瓷层和压电陶瓷层内表面与外表面覆有的内电极层及外电极层构成，压电陶瓷层两端面内外边缘均设置倒角。本实用新型的技术效果是：1.所述压电陶瓷管具有设计预期的机电性能，即谐振频率fS为 12.78～12.81KH，机电耦合系数K31大于26；2.所述压电陶瓷管具有设计预期的外形尺寸精度，即压电陶瓷管的外形尺寸公差、内表面的圆柱度、外表面的圆柱度、内外表面的同轴度及端面的平行度均控制在0.01毫米以内。这切实提高了产品外形尺寸的一致性，为后续换能器的制作提供了极佳的前提条件。但该发明的水听器的灵敏度不高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种高灵敏度圆管水听器。本发明的反向极化、分割电极的压电陶瓷圆管与原来同样尺寸的压电陶瓷圆管相比水听器的灵敏度达到倍增的效果，另外，在达到相同灵敏度的前提下，水听器的体积减小，制作更简便，性能更可靠。

本发明涉及一种压电陶瓷圆管，包括压电陶瓷圆管及其覆盖在其内外壁银层；所述压电陶瓷圆管外壁从中间被分为上部、下部及中间部，所述上部、所述下部均覆盖有银层，所述中间部为空白无银层；

上部银层和内壁银层、下部银层和内壁银层分别进行极化，且极化方向相反。

优选的，所述中间部的宽度为0.5mm。

优选的，所述压电陶瓷圆管分割采用手工涂覆圆管内壁以及外壁银层后烘干，渗银后得外壁中间部。

优选的，所述压电陶瓷圆管采用“PZT-5”型压电材料制作而成。

本发明还涉及一种压电陶瓷圆管的制作方法，包括以下步骤：

步骤一：分割压电陶瓷圆管：压电陶瓷圆管在高度方向以中间处为分界面分为上部、下部两部分，中间部分预留一定宽度；

步骤二：披覆银层：对压电陶瓷圆管的内壁披覆银层制得内壁银层，外壁以中间部为界，分别对上部、下部两部分披覆银层，制得上部银层、下部银层，中间部为空白区无银层；

步骤三：压电陶瓷圆管极化：分别以上部银层和内壁银层为电极、下部银层和内壁银层为电极将圆管进行极化，所述压电陶瓷管上部与所下部极化方向相反。

本发明还涉及一种压电陶瓷圆管水听器，包括：压电陶瓷圆管，盖板、聚氨酯和电极引线；

所述压电陶瓷圆管的性能为分割电极两端极性相反，所述压电陶瓷圆管两端电极与所述电极引线相连接，所述盖板包括上盖板、下盖板，所述分割电极压电陶瓷圆管置于所述上盖板与所述下盖板之间并做密封处理。

进一步地，所述上盖板、压电陶瓷圆管和所述下盖板使用环氧粘接后用聚氨酯进行水密处理。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1、本发明采用反向极化、分割电极的压电陶瓷圆管，相比原同样尺寸的压电陶瓷圆管，其水听器的灵敏度能达到倍增的效果。

2、本发明的反向极化、分割电极的压电陶瓷圆管构成的水听器与原来利用组合反向极化圆管构成的水听器相比，水听器的体积减小，制作更简便，性能更可靠。

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是本发明分割电极的压电陶瓷圆管结构示意图。

图2是本发明压电陶瓷圆管水听器结构示意图。

图3是本发明压电陶瓷圆管水听器自由场灵敏度曲线示意图。

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。

实施例

参照图1-3，下面结合附图和实施对本发明做进一步说明：

如图1所示，这种压电陶瓷圆管包括：压电陶瓷圆管上部101，压电陶瓷圆管下部102，分界面103，银层电极104，银层电极105和银层106。压电陶瓷圆管上部101和压电陶瓷圆管下部102采用径向极化且极化方向相反。

这种分割电极压电陶瓷圆管的制作过程按照以下步骤进行：

1、制作陶瓷圆管。

2、在压电陶瓷圆管的内壁披覆银层，外壁以中间为界，上下两部分均披覆银层。其制作过程为将0.04mm厚胶带纸贴于圆管外壁，将圆管套在专用工装夹具上定位，在夹具旋转过程中，用DS610型高精度划片机设置切割行程为32mm，切割间距为0.5mm, 切割两刀，该划片机切割精度可达0.003mm,取出并撕除两端胶带纸，采用细毛笔手工涂覆圆管内壁以及外壁银层后烘干，渗银后所得外壁中缝宽度约为0.5±0.015mm,该方法改善了文献《压电陶瓷电极分割方法》中胶带纸分割精度不高、仅适用于分界较宽的情况下的问题。

3、分别以104、106为电极和105、106为电极将圆管进行极化，上下两部分极化方向相反。

使用本发明压电陶瓷圆管得到的水听器结构示意图如图3所示，包括：新型压电陶瓷圆管1，聚氨酯2，盖板3和电极引线4。新型压电陶瓷圆管1采用“PZT-5”型压电材料，数量为一个。在自由场下其灵敏度曲线如图3所示。

综上所述，本发明的反向极化、分割电极的压电陶瓷圆管与原来同样尺寸的压电陶瓷圆管相比水听器的灵敏度达到倍增的效果；本发明与原来利用组合反向极化圆管构成的水听器相比，在达到相同灵敏度的前提下，水听器的体积减小，制作更简便，性能更可靠。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明 构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压电陶瓷圆管，其特征在于，包括压电陶瓷圆管及其覆盖在其内外壁的银层；所述压电陶瓷圆管外壁从中间被分为上部、下部及中间部，所述上部、所述下部均覆盖有银层，所述中间部无银层；

上部银层和内壁银层、下部银层和内壁银层分别进行极化，且极化方向相反。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷圆管，其特征是，所述中间部的宽度为0.5mm。

3.根据权利要求2所述的压电陶瓷圆管，其特征是，所述压电陶瓷圆管分割采用手工涂覆圆管内壁以及外壁银层后烘干，渗银后得外壁中间部。

4.根据权利要求2所述的压电陶瓷圆管，其特征是，所述压电陶瓷圆管采用“PZT-5”型压电材料制作而成。

5.一种压电陶瓷圆管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：分割压电陶瓷圆管：压电陶瓷圆管在高度方向以中间处为分界面分为上部、下部两部分，中间部分预留一定宽度；

步骤二：披覆银层：对压电陶瓷圆管的内壁披覆银层制得内壁银层，外壁以中间部为界，分别对上部、下部两部分披覆银层，制得上部银层、下部银层，中间部为空白区无银层；

步骤三：压电陶瓷圆管极化：分别以上部银层和内壁银层为电极、下部银层和内壁银层为电极将圆管进行极化，所述压电陶瓷管上部与所下部极化方向相反。

6.一种压电陶瓷圆管水听器，其特征在于，包括：压电陶瓷圆管，盖板、聚氨酯和电极引线；

所述压电陶瓷圆管两端的极性相反，所述压电陶瓷圆管两端电极与所述电极引线相连接，所述盖板包括上盖板、下盖板，所述压电陶瓷圆管置于所述上盖板与所述下盖板之间并做密封处理。

7.根据权利要求6所述的压电陶瓷圆管水听器，其特征是，所述上盖板、压电陶瓷圆管和所述下盖板使用环氧粘接后用聚氨酯进行水密处理。