CN112034439B - 交叉式高频换能器阵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交叉式高频换能器阵，包括：上阵部件、下阵部件、金属壳体(4)以及多芯电缆(5)；所述上阵部件、下阵部件按照设定距离设定交叉角度构成交叉阵单元；所述交叉阵单元安装于具有交叉结构的金属壳体(4)；所述交叉阵单元通过一根或者多根多芯电缆(5)引出信号；所述多芯电缆(5)采用多芯同轴带屏蔽电缆；本发明具有结构紧凑、重量轻、工作频率高、可收发合置用等特点，可应用于水下小目标的探测、识别等工程领域。
Description
技术领域
本发明涉及水声工程技术领域，具体地，涉及一种交叉式高频换能器阵。
背景技术
在小型化的水下成像声纳领域，国内目前还没有交叉式的成阵方式来实现探测，只有一款单波束头盔式图像声纳TKIS-I。TKIS-I工作频率678kHz/1.2MHz，波束开角水平2.2°×垂直22°，由头戴式声纳头、腰间控制盒、视频眼镜及陆上控显主机等组成。因收发采用单波束扫描，体积小、重量轻、功耗小，用于蛙人水下作业时对悬浮物体和海底凸出底面物体的探测。
国外英国Tritech公司Gemini系列和美国TELEDYNE公司Blue view系列Gemini系列是两大主线产品，可以代表技术发展方向。它们工作频率以450kHz、620kHz、720kHz、900kHz、2250kHz为主，水平波束宽度1°左右，水平观察扇面按需求有45°、90°、130°，垂直开角20°左右。900kHz以下频率的产品主要用于远距离目标搜索、避障导航应用，900kHz以上频率的产品主要用于近距离目标成像、探测识别应用。它们最主要的特点是分辨率高、成像清晰、集成度高、操作简便，同时体积小、重量轻且外形设计精巧、外加导流罩更利于搭载水下运动载体。通常装于各种ROV、AUV或蛙人手持使用，用于导航避障、目标探测识别、水下监控调查等，同时有相应的深水系列用于特定应用。国外交叉式的高频换能器阵有Soundmetrics公司的DIDSON高分辨率双频声透镜图像声纳上的换能器阵，工作频率1.1MHz，波束宽度0.3°，96路收发合置阵。
相对于传统的弧形发射直线接收阵的形式，交叉换能器阵有以下几点优势：1)交叉阵尺寸最小、基元数较少的优势；2)从2个阵叠放可以组合到4个阵叠放组合，整体阵的长、宽尺寸不变，只是高度上增加一倍，更利于扇面扩展。3)从换能器设计制作方面考虑，工作频率越高、波长越短，采用小开角平面交叉组合阵的阵形比大弧度圆弧阵的阵形相对容易些，其基元一致性的控制、工艺流程的复杂程度会好些。因此，基于以上考虑，在水下成像声纳工程应用领域，设计一种结构紧凑、体积小、重量轻、工作频率高，可以收发合置的高频换能器阵，用于水下慢速移动载体的探测。
目前没有发现与本发明相同类技术及结构存在，也没有发现有同类方法在文件与文献中存在。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种交叉式高频换能器阵。
根据本发明提供的一种交叉式高频换能器阵，其特征在于，包括：上阵部件、下阵部件、金属壳体4以及多芯电缆5；所述上阵部件、下阵部件按照设定距离设定交叉角度构成交叉阵单元；所述交叉阵单元安装于具有交叉结构的金属壳体4；所述交叉阵单元通过一根或者多根多芯电缆5引出信号；所述多芯电缆5采用多芯同轴带屏蔽电缆；
优选地，所述上阵部件包括以下任意一种或者多种：-压电元件1；-反声基底2；-焊线板3；所述下阵部件包括以下任意一种或者多种：-压电元件1；-反声基底2；-焊线板3。
优选地，所述压电元件1采用一个或者多个压电陶瓷基元阵列；所述反声基底2采用硬质泡沫加工而成；所述反声基底2包括：粘接压电元件凹槽；所述焊线板3包括：焊盘。
优选地，所述压电元件1由多个具有相同尺寸的压电陶瓷颗粒按半波长间距排列而成的基元阵列；所述压电陶瓷颗粒的极化方向一致。
优选地，所述压电陶瓷颗粒的所有负极在电路上全部并联；所述压电陶瓷颗粒的所有正极独立引出信号。
优选地，还包括：发射阵；所述发射阵设置于压电元件1中的中间位置；所述压电陶瓷颗粒的数量大于6颗；所述发射阵包括：4颗或者6颗压电陶瓷颗粒。
优选地，所述反声基底2还包括：反声基底交叉平台；所述反声基底交叉平台的数量为两个；所述两个反声基底交叉平台的法线方向交叉角度为45°；所述上阵部件与下阵部件的交叉角度45°。
优选地，所述焊线板3采用环氧板。所述环氧板上设置有与压电元件1间距一致的焊盘。
优选地，所述金属壳体4采用表面经过硬质阳极氧化处理的铝制壳体；所述铝制壳体的密度小于设定阈值。
优选地，所述多芯电缆5包括：多芯电缆外护套、芯线；所述多芯电缆外护套采用聚氨酯材质；所述芯线的数量为一根或者多根。所述每根芯线带独立屏蔽，芯线数目大于或等于压电陶瓷颗粒数。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明具有尺寸最小、基元数较少的优势；可以在高度上进行叠加，而整体阵的长、宽尺寸不变，便于扇面扩展，增加观察范围；
2、本发明从换能器设计制作方面考虑，工作频率越高、波长越短，采用小开角平面交叉组合阵的阵形比大弧度圆弧阵的阵形相对容易些，其基元一致性的控制、工艺流程的复杂程度会好些；
3、本发明具有结构紧凑、重量轻、工作频率高、可收发合置用等特点，可应用于水下小目标的探测、识别等工程领域。
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是本发明实施例中的一种交叉式高频换能器阵的结构示意图。
图2是本发明实施例中的一种交叉式高频换能器阵的连线结构示意图。
图3是本发明实施例中的一种交叉式高频换能器阵的压电元件焊接示意图。
图中：
压电元件1 负极导线6
反声基底2 正极焊盘7
焊线板3 正极导线8
金属壳体4 线缆焊点9
多芯电缆5 负极焊盘10
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-3所示，根据本发明提供的一种交叉式高频换能器阵，其特征在于，包括：上阵部件、下阵部件、金属壳体4以及多芯电缆5；所述上阵部件、下阵部件按照设定距离设定交叉角度构成交叉阵单元；所述交叉阵单元安装于具有交叉结构的金属壳体4；所述交叉阵单元通过一根或者多根多芯电缆5引出信号；所述多芯电缆5采用多芯同轴带屏蔽电缆；
优选地，所述上阵部件包括以下任意一种或者多种：-压电元件1；-反声基底2；-焊线板3；所述下阵部件包括以下任意一种或者多种：-压电元件1；-反声基底2；-焊线板3。
优选地，所述压电元件1采用一个或者多个压电陶瓷基元阵列；所述反声基底2采用硬质泡沫加工而成；所述反声基底2包括：粘接压电元件凹槽；所述焊线板3包括：焊盘。
优选地，所述压电元件1由多个具有相同尺寸的压电陶瓷颗粒按半波长间距排列而成的基元阵列；所述压电陶瓷颗粒的极化方向一致。
优选地，所述压电陶瓷颗粒的所有负极在电路上全部并联；所述压电陶瓷颗粒的所有正极独立引出信号。
优选地，还包括：发射阵；所述发射阵设置于压电元件1中的中间位置；所述压电陶瓷颗粒的数量大于6颗；所述发射阵包括：4颗或者6颗压电陶瓷颗粒。
优选地，所述反声基底2还包括：反声基底交叉平台；所述反声基底交叉平台的数量为两个；所述两个反声基底交叉平台的法线方向交叉角度为45°；所述上阵部件与下阵部件的交叉角度45°。
优选地，所述焊线板3采用环氧板。所述环氧板上设置有与压电元件1间距一致的焊盘。
优选地，所述金属壳体4采用表面经过硬质阳极氧化处理的铝制壳体；所述铝制壳体的密度小于设定阈值。
优选地，所述多芯电缆5包括：多芯电缆外护套、芯线；所述多芯电缆外护套采用聚氨酯材质；所述芯线的数量为一根或者多根。所述每根芯线带独立屏蔽，芯线数目大于或等于压电陶瓷颗粒数。
具体地，在一个实施例中，一种交叉式高频换能器阵，根据系统的工作频率，确定高频换能器阵的压电元件的谐振频率，本发明实施例中，压电陶瓷颗粒的谐振频率约为900kHz，压电陶瓷颗粒的尺寸为8×0.63×1.7mm，材料为PZT4，压电陶瓷颗粒的布阵间距为半波长。压电陶瓷颗粒的缝隙中浇注柔性硅胶，形成一条整体的压电元件。在压电陶瓷颗粒中的负极上焊接上信号传输导线，将整条压电元件粘接在反声基底上。反声基底留有放置压电元件的卡槽，尺寸与压电元件的尺寸正好吻合。焊线板粘接于反声基底的侧面，焊盘包括：负极焊盘10；正极焊盘7的位置与压电陶瓷颗粒的位置正好对齐，将正极导线8和负极导线6焊接在焊线板上。焊线板的另一端焊接多芯电缆，多芯电缆的芯线均并联，连接压电元件的负极导线，芯线分别焊接在线缆焊点9上。在换能器阵的线缆端有较大的空间，辐射面和电缆端在金属壳体的空腔内是联通的。将辐射面的开孔用挡板遮挡，在线缆段浇注水密透声用聚氨酯，一次成型，得到头戴式交叉高频换能器阵。
本发明具有尺寸最小、基元数较少的优势；可以在高度上进行叠加，而整体阵的长、宽尺寸不变，便于扇面扩展，增加观察范围；本发明从换能器设计制作方面考虑，工作频率越高、波长越短，采用小开角平面交叉组合阵的阵形比大弧度圆弧阵的阵形相对容易些，其基元一致性的控制、工艺流程的复杂程度会好些；本发明具有结构紧凑、重量轻、工作频率高、可收发合置用等特点，可应用于水下小目标的探测、识别等工程领域。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (4)
1.一种交叉式高频换能器阵，其特征在于，包括：上阵部件、下阵部件、金属壳体(4)以及多芯电缆(5)；
所述上阵部件、下阵部件按照设定距离设定交叉角度构成交叉阵单元；
所述交叉阵单元安装于金属壳体(4)；
所述交叉阵单元通过一根或者多根多芯电缆(5)引出信号；
所述多芯电缆(5)采用多芯同轴带屏蔽电缆；
所述上阵部件包括压电元件(1)，还包括以下任意一种或者多种：
-反声基底(2)；
-焊线板(3)；
所述下阵部件包括压电元件(1)，还包括以下任意一种或者多种：
-反声基底(2)；
-焊线板(3)；
所述压电元件(1)采用一个或者多个压电陶瓷基元阵列；
所述反声基底(2)采用硬质泡沫加工而成；
所述反声基底(2)包括：粘接压电元件凹槽；
所述焊线板(3)包括：焊盘；
所述焊线板(3)采用环氧板；
所述环氧板上设置有与压电元件(1)间距一致的焊盘；所述压电元件(1)由多个具有相同尺寸的压电陶瓷颗粒按半波长间距排列而成的基元阵列；
所述压电陶瓷颗粒的极化方向一致；
所述压电陶瓷颗粒的所有负极在电路上全部并联；
所述压电陶瓷颗粒的所有正极独立引出信号；
还包括：发射阵；
所述发射阵设置于压电元件(1)中的中间位置；
所述压电元件(1)的压电陶瓷颗粒的数量大于6颗；
所述发射阵包括：4颗或者6颗压电陶瓷颗粒。
2.根据权利要求1所述的交叉式高频换能器阵，其特征在于，所述反声基底(2)还包括：反声基底交叉平台；
所述反声基底交叉平台的数量为两个；
所述两个反声基底交叉平台的法线方向交叉角度为45°。
3.根据权利要求1所述的交叉式高频换能器阵，其特征在于，所述金属壳体(4)采用表面经过硬质阳极氧化处理的铝制壳体；
所述铝制壳体的密度小于设定阈值。
4.根据权利要求1所述的交叉式高频换能器阵，其特征在于，所述多芯电缆(5)包括：多芯电缆外护套、芯线；
所述多芯电缆外护套采用聚氨酯材质；
所述芯线的数量为一根或者多根。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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