CN110673117A - 一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，属于深海声基阵技术领域。所述耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵中的有源器件的外表面通过柔性透声背衬包裹，在水下所述有源器件由于受到所述柔性透声背衬的包裹会呈现悬浮状态，能够抵消所述有源器件所受到的水压，从而保证所述有源器件不产生位移；所述有源器件底面设有轻质反声背衬，所述轻质反声背衬起到支撑和反射声波降低后辐射的作用；所述柔性透声背衬和所述轻质反声背衬均采用开放式灌注的方式加注，利用聚合物密度大而气泡轻向上跑的原理，有效地降低了材料中的缺陷，提高了声基阵背衬材料的结构强度，保证了声基阵在深海、高静水压力情况下的声学和结构性能。
Description
技术领域
本发明涉及深海声基阵技术领域，特别涉及一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵。
背景技术
水下精确自主导航能力是现代水下潜器面向深海布防、大范围控制等能力拓展和体系建设亟需解决的关键问题。由于声学平面相控阵技术的声基阵与传统结构的多普勒计程仪声基阵相比，具有体积小、重量轻等优点，近年来得到广泛应用。目前，受应用平台限制平面相控阵最大应用深度不超过500m。
为拓展新体制下深海声学导航能力，助力我国水下无人平台的发展，研制满足深海（大于7000米深度）高精度声学导航需求的深海、大深度条件下声学相控多普勒计程仪声基阵的应用需求越来越强烈。
声学平面相控阵为大直径、多基元、高密度平面声基阵，其每个基元的位置精度直接影响基元收发信号的相位精度。由于材料、工艺等原因，基元的背衬一致性很难满足要求，在高静水压力情况下，声基阵辐射面的受力较大，一致性将直接影响每个基元的受力一致性，进而导致声基阵性能变化，导致导航精度下降。
玻璃微珠颗粒与环氧混合、固化成型后是一种优质的轻质反声材料，通常用作换能器的背衬材料。由于其没固化前是液体状态，常规做法是将其倒入换能器背后的空腔，再盖上有源器件，但其在固化过程中由于盖上有源器件的时间和手法很难进行有效控制，容易残留气泡或空气腔。当外界压力较大时，存在气泡处的材料壁厚较薄，容易被挤塌和凹陷，其上部的陶瓷有源器件和第一层聚氨酯会发生较大位移，且该位移在压力消失后无法恢复，造成声基阵局部基元位置下沉，连线拉断，声基阵报废。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，以解决现有的声学平面相控阵声基阵导航精度和抗水压能力较差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，包括换能器外壳，所述换能器外壳中放置有有源器件；
所述有源器件的外表面通过柔性透声背衬包裹；
所述有源器件底面设有轻质反声背衬，所述轻质反声背衬起到支撑和反射声波降低后辐射的作用。
可选的，所述柔性透声背衬包括第一柔性透声背衬块和第二柔性透声背衬块，所述第一柔性透声背衬块位于所述有源器件的底面，所述第二柔性透声背衬块包裹于所述有源器件的顶面和四周。
可选的，所述柔性透声背衬的材质为聚醚型聚氨酯，所述柔性透声背衬包裹所述有源器件，能够维持所述有源器件前后压力平衡，确保所述耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵的性能。
可选的，所述轻质反声背衬的材质为玻璃微珠与环氧聚合物，该材质具有很好的支撑效果，能够承受水下一千米以上的水压。
可选的，所述柔性透声背衬与所述轻质反声背衬均采用开放式灌注方式加注。
可选的，所述耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵放置于金属外壳后，与所述金属外壳之间的缝隙中填充环氧胶，用于密封防水。
在本发明中提供了一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，包括换能器外壳，所述换能器外壳中放置有有源器件；所述有源器件的外表面通过柔性透声背衬包裹，在水下所述有源器件由于受到所述柔性透声背衬的包裹会呈现悬浮状态，能够抵消所述有源器件所受到的水压，从而保证所述有源器件不产生位移；所述有源器件底面设有轻质反声背衬，所述轻质反声背衬起到支撑和反射声波降低后辐射的作用；所述柔性透声背衬和所述轻质反声背衬均采用开放式灌注的方式加注，利用聚合物密度大而气泡轻向上跑的原理，有效地降低了材料中的缺陷，提高了声基阵背衬材料的结构强度，保证了声基阵在深海、高静水压力情况下的声学和结构性能。
附图说明
图1是本发明提供的一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵结构示意图。
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耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵作进一步详细说明。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。
本发明提供了一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，如图1所示，包括换能器外壳1，所述换能器外壳1中放置有有源器件2；所述有源器件2的外表面通过柔性透声背衬包裹；所述有源器件2底面设有轻质反声背衬5，所述轻质反声背衬5起到支撑和反射声波降低后辐射的作用；所述耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵放置于金属外壳后，与所述金属外壳之间的缝隙中填充环氧胶，用于密封防水。
进一步的，所述柔性透声背衬包括第一柔性透声背衬块3和第二柔性透声背衬块4，所述第一柔性透声背衬块3位于所述有源器件2的底面，所述第二柔性透声背衬块4包裹于所述有源器件2的顶面和四周，所述柔性透声背衬的材质为聚醚型聚氨酯，由于聚醚型聚氨酯的特性阻抗（密度与声速的乘积）与水的特性阻抗相当，又具有良好的防水特性，通常被作为水声换能器的透声和水密材料。通过该材料进行压力传递，相当于声基阵的所述有源器件2前后压力保持平衡。在深水条件下，该材料与水具有相同的不可压缩特性，只要无可挤压空间，声基阵的核心所述有源材料2相当于悬浮在水中，保证了声基阵的耐压性能。
具体的，所述轻质反声背衬5的材质为玻璃微珠与环氧聚合物，该材料具有两种功能，其一支撑作用，当外界压力增大时可支撑所述有源器件2，其二反声作用，当换能器向后辐射的声波通过所述柔性透声背衬后，到达该反声层时被反射回去，从而降低后辐射，并且该材料可以满足10000米以上压力。通过特殊工艺方法制作的所述轻质反声背衬5，具有缺陷少，可靠性高的优点。
具体的，所述柔性透声背衬与所述轻质反声背衬（5）均采用开放式灌注方式加注，利用聚合物密度大而气泡轻向上跑的原理，有效地降低了材料中的缺陷，提高了声基阵背衬材料的结构强度，保证了声基阵在深海、高静水压力情况下的声学和结构性能，并且在玻璃微珠与环氧混合物固化后，采用精密磨床干磨，将有缺陷部分去除，磨至设计尺寸能够进一步去除有缺陷部分，留下部分材料机构性能更佳。
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 (6)
1.一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，其特征在于，包括换能器外壳（1），所述换能器外壳（1）中放置有有源器件（2）；
所述有源器件（2）的外表面通过柔性透声背衬包裹；
所述有源器件（2）底面设有轻质反声背衬（5），所述轻质反声背衬（5）起到支撑和反射声波降低后辐射的作用。
2.如权利要求1所述的一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，其特征在于，所述柔性透声背衬包括第一柔性透声背衬块（3）和第二柔性透声背衬块（4），所述第一柔性透声背衬块（3）位于所述有源器件（2）的底面，所述第二柔性透声背衬块（4）包裹于所述有源器件（2）的顶面和四周。
3.如权利要求1所述的一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，其特征在于，所述柔性透声背衬的材质为聚醚型聚氨酯，所述柔性透声背衬包裹所述有源器件（2），能够维持所述有源器件（2）前后压力平衡，确保所述耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵的性能。
4.如权利要求1所述的一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，其特征在于，所述轻质反声背衬（5）的材质为玻璃微珠与环氧聚合物，该材质具有很好的支撑效果，能够承受水下一千米以上的水压。
5.如权利要求1所述的一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，其特征在于，所述柔性透声背衬与所述轻质反声背衬（5）均采用开放式灌注方式加注。
6.如权利要求1所述的一种耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵，其特征在于，所述耐高静水压力高频声学平面相控阵声基阵放置于金属外壳后，与所述金属外壳之间的缝隙中填充环氧胶，用于密封防水。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5109363A (en) * | 1983-09-15 | 1992-04-28 | Westinghouse Electric Corp. | Transducer assembly |
| US20040113524A1 (en) * | 2002-12-11 | 2004-06-17 | Baumgartner Charles E | Backing material for micromachined ultrasonic transducer devices |
| CN102901981A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-01-30 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种耐高静水压小型压电水听器及其制作方法 |
| CN204463809U (zh) * | 2015-02-13 | 2015-07-08 | 中国科学院声学研究所 | 一种深水耐压水声换能器 |
| CN105047188A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-11 | 北京信息科技大学 | 一种带匹配层的压电复合材料高频换能器 |
| CN205246870U (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-18 | 海鹰企业集团有限责任公司 | 一种大直径高频平面声基阵的耐压结构 |
| CN108136283A (zh) * | 2015-08-28 | 2018-06-08 | 弗洛设计声能学公司 | 大型声学分离装置 |
| CN108472054A (zh) * | 2015-11-30 | 2018-08-31 | 索尼公司 | 用于内窥镜手术的手持器械 |
| CN109633614A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种低后辐射高频换能器线阵 |
| CN110191405A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-30 | 北京信息科技大学 | 双频大尺寸压电复合材料球形换能器及其制备方法 |
-
2019
- 2019-10-25 CN CN201911023964.7A patent/CN110673117A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5109363A (en) * | 1983-09-15 | 1992-04-28 | Westinghouse Electric Corp. | Transducer assembly |
| US20040113524A1 (en) * | 2002-12-11 | 2004-06-17 | Baumgartner Charles E | Backing material for micromachined ultrasonic transducer devices |
| CN102901981A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-01-30 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种耐高静水压小型压电水听器及其制作方法 |
| CN204463809U (zh) * | 2015-02-13 | 2015-07-08 | 中国科学院声学研究所 | 一种深水耐压水声换能器 |
| CN105047188A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-11 | 北京信息科技大学 | 一种带匹配层的压电复合材料高频换能器 |
| CN108136283A (zh) * | 2015-08-28 | 2018-06-08 | 弗洛设计声能学公司 | 大型声学分离装置 |
| CN108472054A (zh) * | 2015-11-30 | 2018-08-31 | 索尼公司 | 用于内窥镜手术的手持器械 |
| CN205246870U (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-18 | 海鹰企业集团有限责任公司 | 一种大直径高频平面声基阵的耐压结构 |
| CN109633614A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种低后辐射高频换能器线阵 |
| CN110191405A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-30 | 北京信息科技大学 | 双频大尺寸压电复合材料球形换能器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 橡胶工业原材料与装备简明手册编审委员会: "橡胶工业原材料与装备简明手册 原材料与工艺耗材分册", 北京理工大学出版社, pages: 392 - 393 * |
| 许欣然等: "一种平面型透声水听器的建模与特性研究", 《传感技术学报》, vol. 31, no. 09, 30 September 2018 (2018-09-30) * |
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