CN112153528B

CN112153528B - 复合钹式压电陶瓷换能器的矢量水听器

Info

Publication number: CN112153528B
Application number: CN202011189207.XA
Authority: CN
Inventors: 李琳; 康凯
Original assignee: Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Current assignee: Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2040-10-30
Also published as: CN112153528A

Abstract

本发明的复合钹式压电陶瓷换能器的矢量水听器，属于声纳探测装置的技术领域，解决现有技术的产品低频探测灵敏度较低且成本高的技术问题。其包括一种矢量水听器，包括壳体，还包括安装在所述壳体内的惯性体组件、换能器组件和信号放大器，其中：所述惯性体组件，其用于传递所述壳体入水后的振动，并所述换能器组件连接；所述换能器组件，接收所述惯性体组件所传递的振动，并转换为电信号，并与所述信号放大器电连接；所述信号放大器，能够接收所述电信号并进行放大，将放大后的信号传送至外部监控设备。本发明用以完善矢量水听器的功能，降低成本。

Description

复合钹式压电陶瓷换能器的矢量水听器

技术领域

本发明属于声纳探测技术领域，涉及一种复合钹式压电陶瓷换能器的矢量水听器。

背景技术

随着科学技术的发展，要求探测水听器具有对低频目标的探测及定向能力。传统矢量水听器多采用电磁动圈、压电陶瓷片、加速度计作为基本敏感元件设计而成，不足在于低频探测灵敏度很低，不能满足矢量低频探测需求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合钹式压电陶瓷换能器的矢量水听器，解决现有技术产品低频探测灵敏度较低且成本高的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：

本案提供一种矢量水听器，包括壳体，还包括安装在所述壳体内的惯性体组件、钹式压电陶瓷换能器组件和信号放大器，其中：

所述惯性体组件，其用于传递所述壳体入水后的振动，并与所述钹式压电换能器组件连接；

所述钹式压电陶瓷换能器组件，接收所述惯性体组件所传递的振动，并将惯性体振动使顶丝作用于其表面产生的压力信号转换为电信号，并与所述信号放大器电连接；

所述信号放大器，能够接收所述电信号并进行放大，将放大后的信号传送至外部监控设备。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

本发明将钹式压电陶瓷型换能器应用于矢量水听器设计中，提高了矢量水听器低频探测灵敏度：在同等条件下，避免使用电磁动圈、压电陶瓷片和加速度等多个元器件，直接提高矢量水听器低频探测灵敏度20dB以上，且功耗低、成本低。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明矢量水听器剖面结构示意图；

图2是本发明矢量水听器中复合钹式压电陶瓷换能器结构示意图；

图3是本发明所述矢量水听器的俯视结构示意图；

图4是本发明所述矢量水听器探测灵敏度测试曲线；

图5是本发明所述矢量水听器指向性图。

其中：

1、钹式压电陶瓷换能器；2、惯性体；3、顶丝；4、固定螺栓；5、壳体； 6、上盖；7、信号放大器；8、上帽；9、下帽；10、绝缘垫片；11、引出导线； 12、密封嘴；13、压电陶瓷圆片；14、钵形金属端帽；15、环氧树脂胶。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。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。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示的矢量水听器，包括壳体，还包括安装在壳体内的惯性体组件、钹式压电陶瓷换能器组件和信号放大器，其中：

惯性体组件，其用于传递壳体入水后的振动，并与钹式压电陶瓷换能器组件连接；

钹式压电陶瓷换能器组件，接收惯性体组件所传递的振动，并将惯性体振动使顶丝作用于其表面产生的压力信号转换为电信号，并与信号放大器电连接；

信号放大器，能够接收电信号并进行放大，将放大后的信号传送至外部监控设备。

本发明将钹式压电陶瓷型换能器组件应用于矢量水听器设计中，提高了矢量水听器低频探测灵敏度：在同等条件下，避免使用电磁动圈、压电陶瓷片和加速度等多个元器件，直接提高矢量水听器低频探测灵敏度20dB以上，且功耗低、成本低。

以下提供一组实施例，用以解释权利要求的内容：

惯性体组件包括惯性体和固定螺栓，其中：固定螺栓依次穿过壳体的底座和惯性体，将惯性体进行固定，壳体将水中产生的振动通过固定螺栓传递至惯性体；

钹式压电陶瓷换能器组件包括钹式压电陶瓷换能器和顶丝，其中：顶丝由壳体外壁向壳体内部腔体旋入后顶在钹式压电陶瓷换能器外侧绝缘垫片上，应特别注意应保证4个顶丝向内旋入深度相同，对换能器的作用力大小一致，且力度适中。壳体振动时，随着惯性体的振动，钹式压电陶瓷换能器能将顶丝对其的压力转换为电信号。

作为本案所提供的具体实施方式，壳体两侧分别设置弧形结构的上帽和下帽，形成“胶囊式”结构，用于减少水听器入水时受到的流体冲击。壳体一端开口结构设置并设置上盖，上盖能够盖合壳体的开口部；信号放大器安装在上盖内侧。上帽顶端设有密封嘴，信号放大器的接线端通过密封嘴与外部监控设备电连接。

钹式压电陶瓷换能器的制作工艺：

参见图2，钹式压电陶瓷换能器1由压电陶瓷圆片13、钹型金属端帽14、环氧树脂胶组成15，采用两只钹型金属端帽14夹持压电陶瓷圆片13的复合结构。压电陶瓷圆片13选用购买的PZT5型压电陶瓷；钹型金属端帽14选用黄铜作为材料，在车床上加工制成，内部有一个圆台形浅腔。

在钹型金属端帽除14去圆台浅腔部分，与压电陶瓷圆片13接触的圆环区域均匀涂抹环氧树脂胶，进行粘合，粘合后用夹具夹紧，静置24小时，取下夹具，置于保温箱保温1个小时，取出后焊上电极，钹式压电陶瓷换能器1 制作完成，共制作4枚。

参见图1和图3，壳体5外形为圆柱体形，外径110mm，高85mm，内部有圆柱体形空腔，空腔直经80mm，高60mm，5壳体底座厚度15mm，6上盖厚度10mm，在5壳体底座圆心处打孔，5外壳外壁中间水平面的0°、90°、 180°、270°四个方向打孔。惯性体2的结构为：加工一圆柱体，直径55mm，在对称四个方向切出平面，惯性体重量500g。钹式压电陶瓷换能器1上下两面均粘接圆形绝缘垫片10后，分别粘接在惯性体2四个对称平面的中心位置，粘接过程中应特别注意对称性，使用固定螺栓4自壳体5底座向内部将惯性体 2固定在腔体中心位置。4个顶丝3分别自壳体5外壁4个方位的螺丝孔向内旋入，使顶丝3内端顶在钹式压电陶瓷换能器1外侧的绝缘垫片10上。应特别注意控制顶丝3向内的旋入深度相同，使4个顶丝3对4枚钹式压电陶瓷换能器1的作用力大小一致，且力度适中，顶丝3旋入后在螺丝孔处粘贴金属胶带，使用固定螺栓将信号放大器7固定在上盖6下方；将上盖6盖上，旋紧固定螺栓，上盖6与壳体5接缝处安装密封圈。安装上帽8与下帽9，将引出导线11自上帽8密封嘴12引出，用胶将密封嘴12密封。

作为本案所提供的具体实施方式，换能器的两侧分别设置有用以防止静电产生的绝缘垫片。避免惯性体与换能器之间产生静电。

将本发明所述的矢量水听器放入水中，测量其灵敏度及指向性，如图4 灵敏度曲线图，矢量通道灵敏度在20Hz处灵敏度优于210dBV/upa，在 700-800Hz处有谐振点。20～500Hz之间灵敏度特性按照每倍频程6dB增长，如图5指向性图，指向性图呈“8”字，对称性良好。

以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种复合钹式压电陶瓷换能器的矢量水听器，包括壳体，其特征在于，还包括安装在所述壳体内的惯性体组件、钹式压电陶瓷换能器组件和信号放大器，其中：

所述惯性体组件，其用于传递所述壳体入水后的振动，并与所述钹式压电陶瓷换能器组件连接；

所述钹式压电陶瓷换能器组件，接收所述惯性体组件所传递的振动，将惯性体振动使顶丝作用于其表面的压力信号转换为电信号，并与所述信号放大器电连接；所述惯性体组件包括惯性体和固定螺栓，其中：所述固定螺栓依次穿过所述壳体底座和惯性体，将所述惯性体进行固定，所述壳体将水中产生的振动通过所述固定螺栓传递至所述惯性体；

2.根据权利要求1所述的矢量水听器，其特征在于，所述钹式压电陶瓷换能器组件包括钹式压电陶瓷换能器和顶丝，其中：

所述顶丝由所述壳体外壁向所述壳体腔体内部旋入后顶在所述钹式压电陶瓷换能器外侧绝缘垫片上；

所述钹式压电陶瓷换能器将所述惯性体振动使顶丝作用于其表面的压力信号转换为电信号。

3.根据权利要求2所述的矢量水听器，其特征在于，所述钹式压电陶瓷换能器和顶丝的数量分别为4个并对称设置在所述惯性体四周表面，应保证所述4个顶丝向内旋入深度相同，作用在所述钹式压电换能器表面的力度相同，且力度大小适中。

4.根据权利要求3所述的矢量水听器，其特征在于，所述钹式压电陶瓷换能器的两侧分别设置有绝缘垫片。

5.根据权利要求1所述的矢量水听器，其特征在于，所述壳体两侧分别设置弧形结构的上帽和下帽，此“胶囊型”结构可减少水听器入水时受到的流体冲击。

6.根据权利要求5所述的矢量水听器，其特征在于，所述壳体一端开口结构设置并设置上盖，所述上盖能够盖合所述壳体的开口部；所述信号放大器安装在所述上盖内侧。

7.根据权利要求6所述的矢量水听器，其特征在于，所述上帽顶端设有密封嘴，所述信号放大器的接线端通过所述密封嘴与外部监控设备电连接。