CN110006520A - 圆管水听器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水听器技术领域内的用于圆管水听器，包括压电陶瓷圆管、前置放大单元、绝缘衬垫、盖板、插针；所述前置放大单元集成于压电陶瓷圆管内部，以压电陶瓷圆管的开路输出电压作为输入信号，通过外接供电信号后将输入信号放大输出；所述压电陶瓷圆管采用径向极化，所述压电陶瓷圆管包括第一压电陶瓷圆管、第二压电陶瓷圆管；所述盖板包括上盖板、下盖板，所述插针贯穿所述上盖板并延伸至所述第一压电陶瓷圆管内，所述上盖板、所述第一压电陶瓷圆管、所述绝缘衬垫、所述第二压电陶瓷圆管和所述下盖板同轴排列连接。本发明能够在不影响圆管的性能，并且在不改变原有尺寸和大小的条件下，大幅提高水听器的灵敏度。

Description

圆管水听器

技术领域

本发明涉及水听器技术领域，具体的，涉及一种圆管水听器。

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。

在现有的技术中，水听器通常是单一器件，集成度低，水听器的开路输出电压较小，使得水听器的灵敏度较低。

经对现有技术的检索，中国实用新型专利CN201720532221.2，发明名称为一种圆管水听器。解决现有用于石油勘探的水听器因低频信号响应弱，而无法满足采集到的海底地震数据宽频带要求的问题。该圆管水听器包括敏感组件、导线、电荷放大器、支架、保护套、上封口端盖和下封口端盖；敏感组件与电荷放大器用导线连接，支架套在敏感组件外，保护套套在支架外，上封口端盖密封固定在保护套靠近电荷放大器的一端，下封口端盖密封固定在保护套另一端；敏感组件包括由内至外依次套设的金属圆管层、PVDF压电薄膜层和聚氨酯层；所述金属圆管层靠近下封口端盖的一端封闭。该圆管水听器具有低截止频率点低、耐高压、结构简单、紧凑，成本低的优点。但该实用新型的水听器的灵敏度不高，集成化程度也不高，性能不可靠。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种圆管水听器。本发明制作的水听器具有体积小，重量轻，集成化程度高，性能更可靠，同时灵敏度得到大幅度提高。

本发明涉及一种圆管水听器，包括压电陶瓷圆管、前置放大单元、绝缘衬垫、盖板、插针；

所述前置放大单元集成于压电陶瓷圆管内部，以压电陶瓷圆管的开路输出电压作为输入信号，通过外接供电信号后将输入信号放大输出；所述压电陶瓷圆管采用径向极化，所述压电陶瓷圆管包括第一压电陶瓷圆管、第二压电陶瓷圆管；

所述盖板包括上盖板、下盖板，所述插针贯穿所述上盖板并延伸至所述第一压电陶瓷圆管内，所述上盖板、所述第一压电陶瓷圆管、所述绝缘衬垫、所述第二压电陶瓷圆管和所述下盖板同轴排列连接。

优选的，所述第一压电陶瓷圆管为内壁正极外壁负极，所述第二压电陶瓷圆管为内壁负极外壁正极。

优选的，所述第一压电陶瓷圆管外壁与所述第二压电陶瓷圆管外壁串联，所述第一压电陶瓷圆管与所述第二压电陶瓷圆管之间通过所述绝缘衬垫进行隔离。

优选的，所述上盖板、所述第一压电陶瓷圆管、所述绝缘衬垫、所述第二压电陶瓷圆管、所述下盖板使用环氧进行粘接后用聚氨酯进行水密处理。

优选的，所述第一压电陶瓷圆管与所述第二压电陶瓷圆管采用“PZT-5”型压电材料制作。

优选的，所述第一压电陶瓷圆管与所述第二压电陶瓷圆管的内壁和外壁覆有银层作为电极。

优选的，所述前置放大单元包括两路输入信号、两路输出信号和三路供电信号。

优选的，所述两路输入信号分别与所述第一压电陶瓷圆管与所述第二压电陶瓷圆管的内壁电极电连接，所述两路输出信号与所述三路供电信号分别连接在所述插针上。

一种圆管水听器的制作方法，包括如下步骤：

步骤一：将所述第一压电陶瓷圆管外壁与所述第二压电陶瓷圆管的外壁电极通过导线连接；

步骤二：分别将所述第一压电陶瓷圆管外壁、所述第二压电陶瓷圆管的内壁电极与所述前置放大单元的两路输入信号端相连；

步骤三：将所述前置放大单元的三路供电信号和两路输出信号连接到位于所述上盖板的所述插针上；

步骤四：将所述上盖板、所述第一压电陶瓷圆管、绝缘衬垫、所述第二压电陶瓷圆管和下盖板使用环氧进行粘接；

步骤五：将步骤四中粘接好的器件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、本发明的水听器的灵敏度得到大幅度提高。

2、本发明水听器的体积小，重量轻，集成化程度高，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是本发明圆管水听器结构示意图。

图2是本发明圆管水听器上盖板插针示意图。

图3是使用本发明圆管水听器得到的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，这种高灵敏度水听器包括：前置放大单元1、第一压电陶瓷圆管2、第二压电陶瓷圆管3、上盖板4、下盖板5、绝缘衬垫6、插针7、聚氨酯8，其中：

第一压电陶瓷圆管2和第二压电陶瓷圆管3均采用“PZT-5”型压电材料；第一压电陶瓷圆管2为径向极化，内壁负极外壁正极；第二压电陶瓷圆管3为径向极化，内壁正极外壁负极。

前置放大单元1包括两路输入信号、两路输出信号和三路供电信号。

前置放大单元1的两路输入信号分别与第一压电陶瓷圆管2的内壁负极、第二压电陶瓷管3的内壁正极相连接，同时第一压电陶瓷圆管2的外壁正极和第二压电陶瓷圆管3的外壁负极用导线连接，第一压电陶瓷圆管2和第二压电陶瓷圆管3以串联的方式连接。

前置放大单元1的两路输出信号和三路供电信号分别连接在插针7上，如图2所示，两路输出信号接701和705，三路供电信号为供电信号负电压、供电信号正电压和供电信号参考电压，其中供电信号负电压接702，供电信号正电压接704，供电信号参考电压接703。

压电陶瓷圆管极化方式为径向极化，其内壁和外壁覆有银层作为电极。在本发明中压电陶瓷圆管的数量为两个，采用串联的方式连接，两个圆管之间通过绝缘衬垫作为衬垫进行隔离，两个外壁电极用导线连接，两个内壁电极为压电陶瓷圆管的开路输出。前置放大单元包括两路输入信号、两路输出信号和三路供电信号，以压电陶瓷圆管的开路输出电压作为输入信号，通过外接供电信号后将输入信号放大输出。

前置放大单元是一个尺寸为7.5mm*17mm的低噪声信号放大器，采用低噪声小尺寸放大芯片opa1654为核心，构成水听器的放大电路，实现了微弱信号放大，提高了输出信号的信噪比，该前置放大单元安装在水听器陶瓷环内部，不再占用设备其他空间，提高了设备的集成度，降低了大孔径声纳实现难度。前置放大单元与压电陶瓷圆管可以达到很好地匹配效果，通过实验证明压电陶瓷圆管的开路输出电压经过前置放大单元可以放大10倍，水听器灵敏度提高20分贝。

本发明圆管水听器的制作过程按照以下步骤进行：

步骤一：将所述第一压电陶瓷圆管2外壁与所述第二压电陶瓷圆管3的外壁电极通过导线连接；

步骤二：分别将所述第一压电陶瓷圆管2外壁、所述第二压电陶瓷圆管3的内壁电极与所述前置放大单元1的两路输入信号端相连；

步骤三：将所述前置放大单元1的三路供电信号和两路输出信号连接到位于所述上盖板4的所述插针7上；

步骤四：将所述上盖板4、所述第一压电陶瓷圆管2、绝缘衬垫6、所述第二压电陶瓷圆管3和下盖板5使用环氧进行粘接；

步骤五：将步骤四中粘接好的器件用聚氨酯8进行水密处理。

综上所述，本发明的水听器的灵敏度得到大幅度提高；本发明水听器的体积小，重量轻，集成化程度高，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 (9)

1.一种圆管水听器，其特征在于，包括压电陶瓷圆管、前置放大单元、绝缘衬垫、盖板、插针；

所述前置放大单元集成于压电陶瓷圆管内部，以压电陶瓷圆管的开路输出电压作为输入信号，通过外接供电信号后将输入信号放大输出；所述压电陶瓷圆管采用径向极化，所述压电陶瓷圆管包括第一压电陶瓷圆管、第二压电陶瓷圆管；

所述盖板包括上盖板、下盖板，所述插针贯穿所述上盖板并延伸至所述第一压电陶瓷圆管内，所述上盖板、所述第一压电陶瓷圆管、所述绝缘衬垫、所述第二压电陶瓷圆管和所述下盖板同轴排列连接。

2.根据权利要求1所述的圆管水听器，其特征是，所述第一压电陶瓷圆管为内壁正极外壁负极，所述第二压电陶瓷圆管为内壁负极外壁正极。

3.根据权利要求2所述的圆管水听器，其特征是，所述第一压电陶瓷圆管外壁与所述第二压电陶瓷圆管外壁串联，所述第一压电陶瓷圆管与所述第二压电陶瓷圆管之间通过所述绝缘衬垫进行隔离。

4.根据权利要求3所述的圆管水听器，其特征是，所述上盖板、所述第一压电陶瓷圆管、所述绝缘衬垫、所述第二压电陶瓷圆管、所述下盖板使用环氧进行粘接后用聚氨酯进行水密处理。

5.根据权利要求4所述的圆管水听器，其特征是，所述第一压电陶瓷圆管与所述第二压电陶瓷圆管采用“PZT-5”型压电材料制作。

6.根据权利要求4所述的圆管水听器，其特征是，所述第一压电陶瓷圆管与所述第二压电陶瓷圆管的内壁和外壁覆有银层作为电极。

7.根据权利要求1所述的圆管水听器，其特征是，所述前置放大单元包括两路输入信号、两路输出信号和三路供电信号。

8.根据权利要求7所述的圆管水听器，其特征是，所述两路输入信号分别与所述第一压电陶瓷圆管与所述第二压电陶瓷圆管的内壁电极电连接，所述两路输出信号与所述三路供电信号分别连接在所述插针上。

9.根据权利要求1-8任一所述的圆管水听器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将所述第一压电陶瓷圆管外壁与所述第二压电陶瓷圆管的外壁电极通过导线连接；

步骤二：分别将所述第一压电陶瓷圆管外壁、所述第二压电陶瓷圆管的内壁电极与所述前置放大单元的两路输入信号端相连；

步骤三：将所述前置放大单元的三路供电信号和两路输出信号连接到位于所述上盖板的所述插针上；

步骤四：将所述上盖板、所述第一压电陶瓷圆管、绝缘衬垫、所述第二压电陶瓷圆管和下盖板使用环氧进行粘接；

步骤五：将步骤四中粘接好的器件用聚氨酯进行水密处理。