CN114171881A - 一种并联磁电接收天线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种并联磁电接收天线及其制备方法，将层状磁电复合材料两两并联，得到具有两个低频谐振峰的并联磁电接收天线，采用并联磁电接收天线进行水下通信，能够提高水下通信距离。并且本发明制备的并联磁电接收天线具有两个低频谐振峰，能够应用多个频率不同的低频电磁波探测地下趋肤深度范围内导电结构的电导率，进而反演得到地下的地质结构和矿产资源。

Description

一种并联磁电接收天线及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁电天线以及甚低频FSK通信技术领域，尤其涉及一种并联磁电接收天线及其制备方法。

背景技术

在水下通信环境中，电磁波是横波，海水是一种电导率远高于空气的良导体，趋肤效应会影响电磁波在水中的传输距离。海水的电导率越高，高频电磁波在水中衰减越快。一般来说，射频电磁波(300kHz～300GHz)最大穿透水深不足一米，射频电磁波的水下通信距离较短。

因此，降低电磁波的频率能够提高水下通信距离。水下通信应使用趋肤深度较大的甚低频信号(3～30kHz)。

发明内容

本发明实施例提供一种并联磁电接收天线及其制备方法，用以制备具有两个低频谐振峰的并联磁电接收天线，应用于水下甚低频FSK通信。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种并联磁电接收天线的制备方法，包括：

101，将两份第一压磁材料分别粘合在第一压电材料的两面，得到双面粘合完成的第一磁电复合材料；将两份第二压磁材料分别粘合在第二压电材料的两面，得到双面粘合完成的第二磁电复合材料；其中，所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料的压磁相长度不同；

102，将所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料进行并联，得到并联磁电材料，基于所述并联磁电材料制备并联磁电接收天线。

优选的，步骤101中，所述将两份第一压磁材料分别粘合在第一压电材料的两面，具体包括：

将调配完成的环氧树脂胶涂抹在压电材料的一面，将一份第一压磁材料快速粘接在第一压电材料的一面，用无尘纸拭去溢出的环氧树脂胶；通过同样的方式将另一份第一压磁材料粘接在第一压电材料的另一面。

优选的，在步骤101得到双面粘合完成的第二磁电复合材料之后，所述方法还包括：

将双面粘合完成的两个磁电复合材料分别置入干燥洁净的真空袋中，使用真空包装机抽取真空袋中的空气并对真空袋进行热封口，在真空包装机工作的同时挤压真空袋；

将真空袋放置在无磁性并且表面平坦的两个铜块之间，用两个铜块挤压真空袋，挤压过程中在真空袋与各铜块之间放入薄海绵；

将铜块与真空袋一同放置入真空储存柜中静态固化，以使得压磁材料与压电材料之间的环氧树脂胶在真空条件下紧密粘合。

优选的，在步骤102之后，所述方法还包括：

103，通过仪器测量所述并联磁电材料频率响应曲线，得到并联磁电材料的两个谐振峰峰值和两个谐振峰频率。

优选的，在步骤103之后，所述方法还包括：

104，检测所述并联磁电接收天线在两个谐振峰峰值处的最低检测限。

优选的，所述方法还包括：

使用信号发生器产生频率在所述两个谐振峰频率之间交替变化的信号，然后使用数据采集卡同时读取发射线圈的电压信号和天线的接收信号，通过对比两种信号的波形来判断并联磁电接收天线是否接收到完整的信号。

优选的，所述压磁材料采用Metglas 2605SA1铁基非晶带材。

优选的，所述压电材料采用MFC压电纤维复合材料。

根据本发明实施例的第二方面，还提供一种根据第一方面实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法制备的并联磁电接收天线，包括并联结构的第一磁电复合材料和第二磁电复合材料；所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料的压磁相长度不同；

所述第一磁电复合材料由第一压电材料及其两面粘合的第一压磁材料构成，所述第二磁电复合材料由第二压电材料及其两面粘合的第二压磁材料构成。

本发明实施例提供的并联磁电接收天线及其制备方法，将层状磁电复合材料两两并联，得到具有两个低频谐振峰的并联磁电接收天线，采用并联磁电接收天线进行水下通信，能够提高水下通信距离。并且本发明制备的并联磁电接收天线具有两个低频谐振峰，能够应用多个频率不同的低频电磁波探测地下趋肤深度范围内导电结构的电导率，进而反演得到地下的地质结构和矿产资源。

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为本发明实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法流程示意图；

图3为本发明实施例提供的并联磁电材料的频率响应曲线图；

图4为本发明实施例提供的并联磁电材料的两个谐振峰峰值对应的最低检测限示意图

图5(a)为本发明实施例提供的发射线圈电压信号和磁电天线接收信号示意图；

图5(b)为本发明实施例提供的发射线圈电压信号和磁电天线接收信号局部放大后波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在水下通信环境中，电磁波是横波，海水是一种电导率远高于空气的良导体，趋肤效应会影响电磁波在水中的传输距离。海水的电导率越高，高频电磁波在水中衰减越快。一般来说，射频电磁波(300kHz～300GHz)最大穿透水深不足一米，射频电磁波的水下通信距离较短。

因此，降低电磁波的频率能够提高水下通信距离。水下通信应使用趋肤深度较大的甚低频信号(3～30kHz)。

另外，还可使用多个频率不同的低频电磁波，探测地下趋肤深度范围内导电结构的电导率，由此反演得到地下的地质结构和矿产资源，常见的方法有大地电磁探测法、可控源声频大地电磁法、广域电磁法等。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种并联磁电接收天线的制备方法，制备具有两个低频谐振峰的并联磁电接收天线，应用于水下甚低频FSK通信。以下将结合附图通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1为本发明实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法流程示意图，参照图1，本发明提供的并联磁电接收天线的制备方法，包括但不限于以下步骤：

101，将两份第一压磁材料分别粘合在第一压电材料的两面，得到双面粘合完成的第一磁电复合材料；将两份第二压磁材料分别粘合在第二压电材料的两面，得到双面粘合完成的第二磁电复合材料；其中，所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料的压磁相长度不同。

其中，压磁材料可以采用Metglas 2605SA1铁基非晶带材，其厚度为25微米、磁致伸缩系数为27ppm。压电材料可以采用MFC压电纤维复合材料。压电材料体积可以是40×10×0.3mm³，压电系数约为460pC/N，原料为PZT-5A。封装材料可以采用聚酰亚胺薄膜。粘合剂为Devcon14250环氧树脂胶。

步骤102，将所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料进行并联，得到并联磁电材料，基于所述并联磁电材料制备并联磁电接收天线。

具体地，本发明实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法，首先，在洁净干燥的工作台上放置干净的滤纸，将用酒精清洁过的压磁材料和压电材料放置在滤纸上。接下来在另一张洁净的滤纸上调配环氧树脂胶。

接着，在步骤101中，将调配完成的环氧树脂胶涂抹在压电材料的一面，将一份第一压磁材料快速粘接在第一压电材料的一面，一边轻轻均匀挤压一边用无尘纸拭去溢出的环氧树脂胶；通过同样的方式将另一份第一压磁材料粘接在第一压电材料的另一面。该环氧树脂胶在混合后5分钟才开始初步固化，因此有充分的时间进行压磁材料与压电材料的粘接。

然后，将双面粘合完成的两个磁电复合材料分别置入干燥洁净的真空袋中，使用真空包装机抽取真空袋中的空气并对真空袋进行热封口，在真空包装机工作的同时挤压真空袋，以提高抽真空效果。一般来说，当真空袋内气压下降至0.3个大气压时，环氧树脂胶内部的气泡便会开始破裂使得气泡内的空气连同环氧树脂胶溢出。并且气压越低，气泡爆裂得越充分，粘接的效果越好。

接下来将真空袋放置在无磁性并且表面平坦的两个铜块之间，用两个铜块挤压真空袋，通过铜块的压力使粘合效果更加牢固并进一步挤压出粘合剂(环氧树脂胶)中的气泡。为了使挤压过程中磁电复合材料受力更加均匀，可以在挤压过程中在真空袋与各铜块之间放入薄海绵。

由于真空袋气密性不佳，在长达24小时的固化时间中会有空气渗入，所以真空袋也需要在真空环境中保存。由此，将铜块与真空袋一同放置入真空储存柜中静态固化，以使得压磁材料与压电材料之间的环氧树脂胶在真空条件下紧密粘合。这样就完成了一层的粘合，如果需要粘合多层则需要重复进行上述步骤。

最后，在步骤102中，将所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料进行并联，得到并联磁电材料，基于所述并联磁电材料制备并联磁电接收天线。

本发明实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法，将层状磁电复合材料两两并联，得到具有两个低频谐振峰的并联磁电接收天线，采用并联磁电接收天线进行水下通信，能够提高水下通信距离。并且本发明制备的并联磁电接收天线具有两个低频谐振峰，能够应用多个频率不同的低频电磁波探测地下趋肤深度范围内导电结构的电导率，进而反演得到地下的地质结构和矿产资源。

图2为本发明另一实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法流程示意图，参照图2，基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在步骤102之后，本实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法还包括：

步骤103，通过仪器测量所述并联磁电材料频率响应曲线，得到并联磁电材料的两个谐振峰峰值和两个谐振峰频率。

具体地，在步骤102中，选用压磁相长度为80mm的第一磁电复合材料(谐振频率为29.8kHz)与压磁相长度为85mm的第二磁电复合材料(谐振频率为24.6kHz)进行并联，得到并联磁电材料。由于第一磁电复合材料和第二磁电复合材料的压磁相长度不同，因此第一磁电复合材料和第二磁电复合材料具有不同的谐振频率。

本实施例中，通过仪器测量并联磁电材料的频率响应曲线，测试时两个磁电材料沿厚度方向并排放置，并联磁电材料的频率响应曲线测量结果如图3所示，图3为本发明实施例提供的并联磁电材料的频率响应曲线图。通过图3可以得知得到并联磁电材料的两个谐振峰峰值以及对应的两个谐振峰频率。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，参照图2，在步骤103之后，本实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法还包括：

步骤104，检测所述并联磁电接收天线在两个谐振峰峰值处的最低检测限。

其中，最低检测限是磁电接收天线的一个重要指标，随着传输距离的增加，信号强度逐渐减弱，检测限越低的接收天线越能够探测传播距离更远的信号。由此可知，最低检测限与接收天线的极限接收距离息息相关。

图4为本发明实施例提供的并联磁电材料的两个谐振峰峰值对应的最低检测限示意图，图4展示了并联磁电接收天线在24.6kHz和29.8kHz谐振峰峰值处的最低检测限。根据图4可知，本发明实施例制备的并联磁电接收天线检测限较低，能够探测传播距离较远的信号。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，参照图2，本实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法还包括：

步骤105，使用信号发生器产生频率在所述两个谐振峰频率之间交替变化的信号，然后使用数据采集卡同时读取发射线圈的电压信号和天线的接收信号，通过对比两种信号的波形来判断并联磁电接收天线是否接收到完整的信号。

本实施例测试了并联磁电接收天线的信号接收能力，测试方法为使用信号发生器产生频率在并联磁电接收天线的两个谐振峰频率之间交替变化的信号，然后使用数据采集卡同时读取发射线圈的电压信号和天线的接收信号，通过对比两种信号的波形来判断磁电天线是否接收到完整的信号。图5(a)为本发明实施例提供的发射线圈电压信号和磁电天线接收信号示意图；图5(b)为本发明实施例提供的发射线圈电压信号和磁电天线接收信号局部放大后波形图。图5(a)和图5(b)中信号变化的频率f₁和f₂分别为并联磁电接收天线的两个谐振峰频率，其中f₁＝24.6kHz、f₂＝29.8kHz。频率切换间隔为0.5秒。根据图5(a)和图5(b)判断可知，磁电天线可以接收到发射线圈完整的信号。

在一个实施例中，本发明实施例还提供了一种根据上述各实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法制备的并联磁电接收天线。该并联磁电接收天线包括并联结构的第一磁电复合材料和第二磁电复合材料；所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料的压磁相长度不同。

其中，第一磁电复合材料由第一压电材料及其两面粘合的第一压磁材料构成，所述第二磁电复合材料由第二压电材料及其两面粘合的第二压磁材料构成。

可以理解的是，本发明提供的并联磁电接收天线是根据上述各实施例提供的并联磁电接收天线的制备方法制备而成，并联磁电接收天线的具体特征可以参照前述实施例中并联磁电接收天线的制备方法的相关技术特征，本实施例在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供了一种并联磁电接收天线及其制备方法，本发明实施例提供的并联磁电接收天线及其制备方法，将层状磁电复合材料两两并联，得到具有两个低频谐振峰的并联磁电接收天线，采用并联磁电接收天线进行水下通信，能够提高水下通信距离。并且本发明制备的并联磁电接收天线具有两个低频谐振峰，能够应用多个频率不同的低频电磁波探测地下趋肤深度范围内导电结构的电导率，进而反演得到地下的地质结构和矿产资源。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”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发明和简化描述，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发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种并联磁电接收天线的制备方法，其特征在于，包括：

101，将两份第一压磁材料分别粘合在第一压电材料的两面，得到双面粘合完成的第一磁电复合材料；将两份第二压磁材料分别粘合在第二压电材料的两面，得到双面粘合完成的第二磁电复合材料；其中，所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料的压磁相长度不同；

102，将所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料进行并联，得到并联磁电材料，基于所述并联磁电材料制备并联磁电接收天线。

2.根据权利要求1所述的并联磁电接收天线的制备方法，其特征在于，步骤101中，所述将两份第一压磁材料分别粘合在第一压电材料的两面，具体包括：

将调配完成的环氧树脂胶涂抹在压电材料的一面，将一份第一压磁材料快速粘接在第一压电材料的一面，用无尘纸拭去溢出的环氧树脂胶；通过同样的方式将另一份第一压磁材料粘接在第一压电材料的另一面。

3.根据权利要求2所述的并联磁电接收天线的制备方法，其特征在于，在步骤101得到双面粘合完成的第二磁电复合材料之后，所述方法还包括：

将双面粘合完成的两个磁电复合材料分别置入干燥洁净的真空袋中，使用真空包装机抽取真空袋中的空气并对真空袋进行热封口，在真空包装机工作的同时挤压真空袋；

将真空袋放置在无磁性并且表面平坦的两个铜块之间，用两个铜块挤压真空袋，挤压过程中在真空袋与各铜块之间放入薄海绵；

将铜块与真空袋一同放置入真空储存柜中静态固化，以使得压磁材料与压电材料之间的环氧树脂胶在真空条件下紧密粘合。

4.根据权利要求1所述的并联磁电接收天线的制备方法，其特征在于，在步骤102之后，所述方法还包括：

103，通过仪器测量所述并联磁电材料频率响应曲线，得到并联磁电材料的两个谐振峰峰值和两个谐振峰频率。

5.根据权利要求4所述的并联磁电接收天线的制备方法，其特征在于，在步骤103之后，所述方法还包括：

104，检测所述并联磁电接收天线在两个谐振峰峰值处的最低检测限。

6.根据权利要求4所述的并联磁电接收天线的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

使用信号发生器产生频率在所述两个谐振峰频率之间交替变化的信号，然后使用数据采集卡同时读取发射线圈的电压信号和天线的接收信号，通过对比两种信号的波形来判断并联磁电接收天线是否接收到完整的信号。

7.根据权利要求1所述的并联磁电接收天线的制备方法，其特征在于，所述压磁材料采用Metglas 2605SA1铁基非晶带材。

8.根据权利要求1所述的并联磁电接收天线的制备方法，其特征在于，所述压电材料采用MFC压电纤维复合材料。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述并联磁电接收天线的制备方法制备的并联磁电接收天线，其特征在于，包括并联结构的第一磁电复合材料和第二磁电复合材料；所述第一磁电复合材料和第二磁电复合材料的压磁相长度不同；

所述第一磁电复合材料由第一压电材料及其两面粘合的第一压磁材料构成，所述第二磁电复合材料由第二压电材料及其两面粘合的第二压磁材料构成。

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