CN110743770A - 一种高频复合材料测速换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频复合材料测速换能器，包括压电复合材料层、泡沫体、壳体、高温导线和电缆；压电复合材料层通过泡沫体固定于壳体内，压电复合材料层通过高温导线与电缆电性连接，电缆连接外部结构；能够满足宽带编码测速设备的带宽需求，模态单一，发送电压灵敏度和接收电压灵敏度高，承受静水压能力超过1MPa，具有性能稳定、可靠性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及水声测速技术领域，更具体的说是涉及一种新型高频复合材料测速换能器。
背景技术
测速换能器能够实现电能-声能的相互转换，是测速、测深和测流设备的重要组成部分。在工程实践过程中，测速换能器的多项性能指标直接影响声学设备的整机性能，例如：换能器的耐静水压能力直接决定了声学设备的耐静水压能力；换能器的带宽决定了能否使用更复杂的调制信号；发送电压响应和接收电压/电流灵敏度决定了声学设备的作用距离。所以，通过提高上述性能指标可以拓展水声换能器的应用范围。
但是，现有技术中的换能器多注重设计理念，实际使用价值低，仅能实现提高单一或某些性能指标，综合使用性能差；或者工艺复杂，可靠性低，很难实际用于工程实践。
因此，提高测速换能器的综合性能以及实际应用价值是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高频复合材料测速换能器，满足宽带编码测速设备的带宽需求，模态单一，发送电压响应和接收电压灵敏度高，承受静水压能力超过1MPa，具有性能稳定、可靠性高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高频复合材料测速换能器，其特征在于，包括压电复合材料层、泡沫体、壳体、高温导线和电缆；所述压电复合材料层通过所述泡沫体固定于所述壳体内，所述压电复合材料层通过所述高温导线与所述电缆电性连接，所述电缆连接外部结构。
优选的，所述压电复合材料层、泡沫体和壳体通过硅胶粘接，并使用环氧树脂胶填充缝隙。
优选的，所述压电复合材料层依次由银层、压电陶瓷层和聚合物层连接而成；所述银层和所述聚合物层分别与所述高温导线连接。
优选的，所述压电陶瓷层与所述聚合物层的体积比为(4～6):(4～6)，所述聚合物层由环氧树脂和钨粉混合制成。
上述优选技术方案的有益效果是，可以使压电应变常数d33和压电电压常数g33趋于稳定，使所述测速换能器具有优良的发送电压响应和接收电压灵敏度。
优选的，所述压电复合材料层的厚度为1.9mm，直径为25mm。
优选的，所述泡沫体一侧设置凹槽用于安装所述压电复合材料层，所述泡沫体的中心设置引线孔，所述泡沫体的边缘设置走线槽，所述引线孔和走线槽内穿设所述高温导线。
上述优选技术方案的有益效果是：泡沫体具有支撑和固定所述压电复合材料层的作用，所述泡沫体具有吸收所述压电复合材料层反向声能的作用，所述泡沫体具有将所述压电复合材料与所述壳体电气绝缘的作用，所述泡沫体能够承受最大2MPa的静水压力。
优选的，所述凹槽的直径为26mm，所述中心走线孔的直径为6mm，所述泡沫体的直径为27mm。
优选的，所述泡沫体采用石油系中间相烟煤为碳源和发泡材料，硅粉为硅源，经高温高压发泡成型。
优选的，所述壳体上设置有壳体线槽、加固槽、“O”型圈槽和螺栓孔；所述壳体线槽设置于所述泡沫体原理所述压电复合材料一侧，所述壳体线槽内穿设所述高温导线；所述壳体加固槽设置于所述壳体于外侧，所述加固槽内添加黏附材料，从而增加透声材料和壳体之间的粘附力；所述“O”型圈槽用于安装“O”型圈，从而可以与所述螺栓孔配合，实现与外部设备水密连接。
优选的，所述壳体内设置热缩套管，所述热缩套管将所属壳体线槽与外部连通，所述高温导线与所述电缆在所述热缩套管内连接。
上述优选技术方案的有益效果是：本发明将高温导线和电缆在热缩套管内连接，可以达到绝缘的效果，提高装置使用安全性。
优选的，所述电缆包括芯线和屏蔽层；所述芯线的一端与所述高温导线在所述热缩套管内连接，所述芯线的另一端与外部连接，所述芯线外包设所述屏蔽层；所述屏蔽层一端通过焊片与所述壳体固定连接，另一端与壳体之间使用冷硫化胶密封连接。
优选的，所述压电复合材料层和所述壳体外包设透声材料，可以使用所述透声材料进行一体硫化封装。
优选的，所述透声材料是由聚醚型聚氨酯制成，所述聚醚型聚氨酯承压超过10MPa。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高频复合材料测速换能器，具有如下有益效果：
(1)本发明公开的高频复合材料测速换能器的工作频带超过300kHz，满足宽带编码测速、测流设备要求；
(2)发明公开的高频复合材料测速换能器发送电压响应优于185dB，接收电压灵敏度优于-200dB，谐振模态单一；
(3)发明公开的高频复合材料测速换能器承受静水压能力优于5MPa。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例1提供的一种高频复合材料测速换能器的结构示意图；
图2附图为本发明实施例1提供的一种高频复合材料测速换能器的结构示意图；
图3附图为本发明提供的压电复合材料层的结构示意图；
图4附图为本发明提供的泡沫体的结构示意图。
在图中：
1为银层，2为压电陶瓷层，3为聚合物层，4为背衬凹槽，5为引线孔，6为走线槽，7为透声材料，8为压电复合材料层，9为壳体线槽，10为泡沫体，11为承压壳体，12壳体加固槽，13为O型圈槽，14为螺栓孔，15为冷硫化胶，16为电缆，17为焊片，18为屏蔽层，19为芯线。。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高频复合材料测速换能器，包括压电复合材料层8、泡沫体10、壳体11、高温导线和电缆16；压电复合材料层8通过泡沫体10固定于壳体11内，压电复合材料层8通过高温导线与电缆16电性连接，电缆16连接外部结构。
为了进一步的优化技术方案，压电复合材料层8、泡沫体10和壳体11通过硅胶粘接，并使用环氧树脂胶填充缝隙。
为了进一步的优化技术方案，压电复合材料层8依次由银层1、压电陶瓷层2和聚合物层3连接而成；银层1和聚合物层3分别与高温导线连接。
为了进一步的优化技术方案，压电陶瓷层2与聚合物层3的体积比为(4～6):(4～6)，聚合物层3由环氧树脂和钨粉混合制成。
为了进一步的优化技术方案，压电复合材料层8的厚度为1.9mm，直径为25mm。
为了进一步的优化技术方案，泡沫体10一侧设置凹槽用于安装压电复合材料层8，泡沫体10的中心设置引线孔5，泡沫体10的边缘设置走线槽6，引线孔5和走线槽6内穿设高温导线。
为了进一步的优化技术方案，凹槽的直径为26mm，中心走线孔的直径为6mm，泡沫体10的直径为27mm。
为了进一步的优化技术方案，泡沫体10采用石油系中间相烟煤为碳源和发泡材料、硅粉为硅源，经高温高压发泡成型。
为了进一步的优化技术方案，所述壳体11上设置有壳体11线槽9、加固槽12、“O”型圈槽13和螺栓孔14；所述壳体11线槽9设置于所述泡沫体10原理所述压电复合材料一侧，所述壳体11线槽9内穿设所述高温导线；所述壳体11加固槽12设置于所述壳体11于外侧，所述加固槽12内添加黏附材料，从而增加透声材料7和壳体11之间的粘附力；所述“O”型圈槽13用于安装“O”型圈，从而可以与所述螺栓孔14配合，实现与外部设备水密连接。
为了进一步的优化技术方案，所述壳体11内设置热缩套管，所述热缩套管将所属壳体11线槽9与外部连通，所述高温导线与所述电缆16在所述热缩套管内连接。
为了进一步的优化技术方案，壳体11内设置热缩套管，高温导线与电缆16在热缩套管内连接。
上述优选技术方案的有益效果是：本发明将高温导线和电缆16在热缩套管内连接，可以达到绝缘的效果，提高装置使用安全性。
为了进一步的优化技术方案，电缆16包括芯线19和屏蔽层18；芯线19的一端与高温导线在热缩套管内连接，芯线19的另一端与外部连接，芯线19外包设屏蔽层18；屏蔽层18一端通过焊片17与壳体11固定连接，另一端与壳体11之间使用冷硫化胶15密封连接。
为了进一步的优化技术方案，压电复合材料层8和壳体11外包设透声材料7，可以使用透声材料7进行一体硫化封装。
为了进一步的优化技术方案，透声材料7是由聚醚型聚氨酯制成，聚醚型聚氨酯承压超过10MPa。
运行原理：
测速换能器能够实现电能-声能相互转换，测速换能器多设计为收发合置工作模式。对换能器施加一定的电能，由于压电复合材料的压电效应，可以将此电能转换为机械振动，即以声波纵波的形式向介质(海水或其他液体)中传播；当换能器接收到来自介质(海水或其他液体)的声波或机械振动时，又能将声能转换为电能，输出给后端调理电路。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高频复合材料测速换能器，其特征在于，包括压电复合材料层、泡沫体、壳体、高温导线和电缆；所述压电复合材料层通过所述泡沫体固定于所述壳体内，所述压电复合材料层通过所述高温导线与所述电缆电性连接，所述电缆连接外部结构。
2.根据权利要求1所述的一种高频复合材料测速换能器，其特征在于，所述压电复合材料层、泡沫体和壳体通过硅胶粘接，并使用环氧树脂胶填充缝隙。
3.根据权利要求1所述的一种高频复合材料测速换能器，其特征在于，所述压电复合材料层依次由银层、压电陶瓷层和聚合物层连接而成；所述银层和所述聚合物层分别与所述高温导线连接。
4.根据权利要求3所述的一种高频复合材料测速换能器，其特征在于，所述压电陶瓷层与所述聚合物层的体积比为(4～6):(4～6)，所述聚合物层由环氧树脂和钨粉混合制成。
5.根据权利要求1所述的一种高频复合材料测速换能器，其特征在于，所述泡沫体一侧设置有用于安装所述压电复合材料层的凹槽，所述泡沫体的中心设置引线孔，所述泡沫体的边缘设置走线槽，所述引线孔和走线槽内穿设所述高温导线。
6.根据权利要求1所述的一种高频复合材料测速换能器，其特征在于，所述壳体上设置有壳体线槽、加固槽、“O”型圈槽和螺栓孔；所述壳体线槽设置于所述泡沫体原理所述压电复合材料一侧，所述壳体线槽内穿设所述高温导线；所述壳体加固槽设置于所述壳体于外侧，所述加固槽内添加黏附材料；所述“O”型圈槽用于安装“O”型圈。
7.根据权利要求6所述的一种高频复合材料测速换能器，其特征在于，所述壳体内设置热缩套管，所述热缩套管将所属壳体线槽与外部连通，所述高温导线与所述电缆在所述热缩套管内连接。
8.根据权利要求7所述的一种高频复合材料测速换能器，其特征在于，所述电缆包括芯线和屏蔽层；所述芯线的一端与所述高温导线在所述热缩套管内连接，所述芯线的另一端与外部连接，所述芯线外包设所述屏蔽层；所述屏蔽层一端通过焊片与所述壳体固定连接，另一端与壳体之间使用冷硫化胶密封连接。
9.根据权利要求1所述的高频复合材料测速换能器，其特征在于，所述压电复合材料层和所述壳体外包设透声材料。
10.根据权利要求9所述的高频复合材料测速换能器，其特征在于，所述透声材料是由聚醚型聚氨酯制成，所述聚醚型聚氨酯承压超过10MPa。
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| CN112845003A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-28 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所九江分部 | 一种双频复合材料测速换能器 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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