CN112691876A - 一种低旁瓣线阵换能器及降低旁瓣权系数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低旁瓣线阵换能器，包括：多个阵元、固定阵元并设有正负极的基座、位于阵元之间的第一去耦隔振块、位于阵元与基座之间的第二去耦隔振块、固定基座的壳体和密封壳体、阵元、基座、第一去耦隔振块和第二去耦隔振块的水密包覆层；其中，多个阵元组成基础电压组和不少于一个的加权电压组，基础电压组和加权电压组均并联在正极引线和负极引线之间；基础电压组包括不少于两个的阵元并联；加权电压组包括不少于一个的串联加权组和/或并联加权组；串联加权组包括不少于两个的阵元串联；并联加权组包括不少于两个的阵元先并联再与不少于一个的阵元串联。该换能器结构简单、工艺简单、可靠性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种换能器，尤其是一种低旁瓣线阵换能器及降低旁瓣权系数的方法。
背景技术
随着对海洋资源探测、研究和开发的需求，各类多波束声纳和侧扫声纳层出不穷。作为换能器的主要参数，旁瓣的大小直接影响着声纳的探测能力。对于声纳，旁瓣越低越好，线阵换能器的指向性通常为-13dB左右。
大多数声纳换能器旁瓣控制采用电阻线路的手段实现。通过电路对换能器阵的每路阵元进行相位和幅度上的加权，这需要对每路阵元进行单独控制，即换能器阵每路阵元的电极需要全部单独引出，且控制电路的复杂程度随着换能器阵元的增多而增加，工艺愈加复杂，造成声纳设备的可靠性和稳定性降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种结构简单、工艺简单、可靠性好、稳定性高的低旁瓣线阵换能器，具体技术方案为：
一种低旁瓣线阵换能器，包括：阵元，所述阵元设有多个；基座，所述阵元固定所述基座上，所述基座上设有正极引线和负极引线；第一去耦隔振块，所述第一去耦隔振块设有多个，且位于相邻的所述阵元之间，用于所述阵元之间去耦隔振；第二去耦隔振块，所述第二去耦隔振块设有多个，且位于所述阵元与所述基座之间，用于所述阵元与所述基座之间去耦隔振；壳体，所述基座固定在所述壳体的内部，且位于所述壳体的开口端；及水密包覆层，所述水密包覆层设置在所述壳体的开口端，用于将所述阵元、所述基座、所述第一去耦隔振块和所述第二去耦隔振块均密封在所述壳体内；其中，多个所述阵元组成基础电压组和不少于一个的加权电压组，所述基础电压组和所述加权电压组均并联在所述正极引线和所述负极引线之间；所述基础电压组包括不少于两个的所述阵元并联；所述加权电压组包括不少于一个的串联加权组和/或并联加权组；所述串联加权组包括不少于两个的所述阵元串联；所述并联加权组包括不少于两个的所述阵元先并联再与不少于一个的所述阵元串联。
进一步的，所述阵元不少于十个。
进一步的，还包括：胶水，所述胶水位于所述阵元与所述基座之间，用于将所述阵元固定在所述基座上。
进一步的，还包括：水密电缆，所述水密电缆固定在所述壳体上，所述水密封电缆分别与正负极连接。
降低旁瓣权系数的方法，在正负极之间并联多个阵元，其中，部分阵元串联后再并联到正负极之间，部分阵元先并联再串联，最后并联到正负极之间，为阵元提供多种电压权系统。
进一步的，部分阵元串联后再并联到正负极之间包括不少于两个的阵元串联后再并联在正负之间。
进一步的，部分阵元先并联再串联，最后并联到正负极之间包括不少于两个的阵元先并联再与不少于一个的阵元串联，最后并联到正负极之间。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的低旁瓣线阵换能器通过对阵元进行串联、并联、串并联组合等方法实现降低旁瓣加权系数，结构简单、工艺简单、可靠性好、稳定性高。
附图说明
图1是一种低旁瓣线阵换能器的结构示意图；
图2是一种低旁瓣线阵换能器的接线示意图；
图3是一种低旁瓣线阵换能器指向性图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1至图3所示，一种低旁瓣线阵换能器，包括：阵元21，所述阵元21设有多个；基座22，所述阵元21固定所述基座22上，所述基座22上设有正极引线和负极引线；第一去耦隔振块24，所述第一去耦隔振块24设有多个，且位于相邻的所述阵元21之间，用于所述阵元21之间去耦隔振；第二去耦隔振块25，所述第二去耦隔振块25设有多个，且位于所述阵元21与所述记载22之间，用于阵元21与基座22之间的去耦隔振；壳体23，所述基座22固定在所述壳体23的内部，且位于所述壳体23的开口端；及水密包覆层26，所述水密包覆层26设置在所述壳体23的开口端，用于将所述阵元21、所述基座22、所述第一去耦隔振块24和第二去耦隔振块25均密封在所述壳体23内；其中，多个所述阵元21组成基础电压组和不少于一个的加权电压组，所述基础电压组和所述加权电压组均并联在所述正极引线和所述负极引线之间；所述基础电压组包括不少于两个的所述阵元21并联；所述加权电压组包括不少于一个的串联加权组和/或并联加权组；所述串联加权组包括不少于两个的所述阵元21串联；所述并联加权组包括不少于两个的所述阵元21先并联再与不少于一个的所述阵元21串联。
第一去耦隔振块24设置在第一去耦隔振座上，第一去耦隔振座上设有多个第一固定孔，相邻的第一固定孔之间形成第一去耦隔振块24，阵元21位于第一固定孔内，第一去耦隔振座固定在基座22上。第一去耦隔振块24用于避免阵元21之间相互影响。第一去耦隔振座是在换能器装配完成后使用的多孔材料跟聚氨酯的混合物灌注成型得到的。
基座22采用绝缘硬质材料制成，基座22上设有引线孔，阵元21的正负极通过导线与水密电缆27连接，导线穿过引线孔。
阵元21的有源材料为压电陶瓷，压电陶瓷的振幅与施加在电极两端的电压成正比，利用串联分压原理，可以为阵元21提供1/2、1/3、2/3、1/4、3/4等电压权系数。阵元21之间通过选取串联或并联的方式进行引接线，选择合适的串联或并联方式使阵元21得到可以降低旁瓣的权系数，实现自然加权，可有效降低旁瓣级8～10dB。
换能器阵的引出线从需要各路阵元21正负极均需引出一对导线变为只需换能器正负极引出一对导线，简便工艺操作性，大大提高了可靠性。
采用加权组时，串联加权组不少于一个，并且并联加权组也不少于一个，或者只采用串联加权组或只采用并联加权组；串联加权组和并联加权座的具体数量根据实际需要设置。
在不少于一个的实施例中，阵元21不少于十个。阵元21设有10个以上时效果比较好。
在不少于一个的实施例中，多个阵元21等间距设置成一排。
第二去耦隔振块25设置在第二去耦隔振座上，第二去耦隔振座上设有多个第二固定孔，相邻的第二固定孔之间形成第二去耦隔振块25，阵元21插在第二固定孔内，第二去耦隔振座位于第一去耦隔振座和基座22之间。
在不少于一个的实施例中，还包括：胶水，所述胶水位于所述阵元21与所述基座22之间，用于将所述阵元21固定在所述基座22上。
在不少于一个的实施例中，胶水为环氧树脂或808等。
在不少于一个的实施例中，水密包覆层26为聚氨酯制成。
在不少于一个的实施例中，还包括：水密电缆27，所述水密电缆27固定在所述壳体23上，所述水密封电缆分别与正负极连接。选取一对双绞线水密电缆27引出，满足本发明作为声纳换能器在水下使用的要求。
以下以采用15个阵元21进行说明本发明的技术方案，此方案不是限定阵元21数量，仅是结合实例进行说明本发明的技术方案。
阵元21等间距设有15个，按从左到右依次编号为1、2、3……15号阵元21，阵元21间正负极接线方式如图2所示，最后引出一对引出线。由串联分压可以得到各阵元21权系数如下表：
| 阵元 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 系数 | 1/3 | 1/3 | 1/2 | 1/2 | 2/3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2/3 | 1/2 | 1/2 | 1/3 | 1/3 |
选取串联或并联的方式接线加权为自然加权，加权后指向性图如图3所示，旁瓣级为-23dB。
实施例二
降低旁瓣权系数的方法，在正负极之间并联多个阵元21，其中，部分阵元21串联后再并联到正负极之间，部分阵元21先并联再串联，最后并联到正负极之间，为阵元21提供多种电压权系统。
部分阵元21串联后再并联到正负极之间包括不少于两个的阵元21串联后再并联在正负之间。
部分阵元21先并联再串联，最后并联到正负极之间包括不少于两个的阵元21先并联再与不少于一个的阵元21串联，最后并联到正负极之间。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低旁瓣线阵换能器，其特征在于，包括：
阵元，所述阵元设有多个；
基座，所述阵元固定所述基座上，所述基座上设有正极引线和负极引线；
第一去耦隔振块，所述第一去耦隔振块设有多个，且位于相邻的所述阵元之间，用于所述阵元之间去耦隔振；
第二去耦隔振块，所述第二去耦隔振块设有多个，且位于所述阵元与所述基座之间，用于所述阵元与所述基座之间去耦隔振；
壳体，所述基座固定在所述壳体的内部，且位于所述壳体的开口端；及
水密包覆层，所述水密包覆层设置在所述壳体的开口端，用于将所述阵元、所述基座、所述第一去耦隔振块和所述第二去耦隔振块均密封在所述壳体内；
其中，多个所述阵元组成基础电压组和不少于一个的加权电压组，所述基础电压组和所述加权电压组均并联在所述正极引线和所述负极引线之间；
所述基础电压组包括不少于两个的所述阵元并联；
所述加权电压组包括不少于一个的串联加权组和/或并联加权组；
所述串联加权组包括不少于两个的所述阵元串联；
所述并联加权组包括不少于两个的所述阵元先并联再与不少于一个的所述阵元串联。
2.根据权利要求1所述的一种低旁瓣线阵换能器，其特征在于，
所述阵元不少于十个。
3.根据权利要求1所述的一种低旁瓣线阵换能器，其特征在于，
还包括：胶水，所述胶水位于所述阵元与所述基座之间，用于将所述阵元固定在所述基座上。
4.根据权利要求1所述的一种低旁瓣线阵换能器，其特征在于，还包括：
还包括：水密电缆，所述水密电缆固定在所述壳体上，所述水密封电缆分别与正负极连接。
5.降低旁瓣权系数的方法，其特征在于，
在正负极之间并联多个阵元，其中，部分阵元串联后再并联到正负极之间，部分阵元先并联再串联，最后并联到正负极之间，为阵元提供多种电压权系统。
6.根据权利要求5所述的降低旁瓣权系数的方法，其特征在于，
部分阵元串联后再并联到正负极之间包括不少于两个的阵元串联后再并联在正负之间。
7.根据权利要求5所述的降低旁瓣权系数的方法，其特征在于，
部分阵元先并联再串联，最后并联到正负极之间包括不少于两个的阵元先并联再与不少于一个的阵元串联，最后并联到正负极之间。
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