CN205426327U - 一种低频水下压电检波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低频水下压电检波器，包括两只共鸣环，每只共鸣环的两面各粘贴一个压电陶瓷片基板，每个压电陶瓷片基板的两面均粘贴压电陶瓷片，四个压电陶瓷片基板上的压电陶瓷片组合的输出线之间为并联方式连接，共鸣环上开设有过线孔，共鸣环内部导线从过线孔穿出，压电陶瓷片组合的输出线与输出匹配器输入端连接，输出匹配器的输出端连接到接线盘，接线盘上连接输出电缆，将连接好的压电陶瓷片组合放入护套中，灌透声胶固定，在护套外部套装外护壳。大幅增加了陶瓷片的组合电容值；且大幅提高了匹配器的初级电感量，从而能制造出谐振频率低于5Hz，甚至达到2Hz的低频水下压电检波器，同时输出灵敏度最高可达到38μV/μb。

Description

一种低频水下压电检波器

技术领域

本实用新型是属于水下压电检波器领域，涉及一种低频水下压电检波器。

背景技术

水下压电检波器，又称为“水听器”，在海洋石油勘探和河流、湖泊、沼泽地带的地质勘探方面具有极其广泛的用途。水听器的一项重要参数是它的谐振频率，在低于其谐振频率的频率段接收灵敏度很低或不能正常接收信号。为了使水听器具有更宽的工作频带，主要是需要扩展其低频端的频带，其意义在于接受更加广泛的信号源所发出的振动波。

例如，当轮船或潜艇的发动机的运转速度为6000转/分钟时(高速运转)，振动频率为100Hz；当发动机的运转速度为600转/分钟时(低速运转)，振动频率为10Hz；当发动机的运转速度为300转/分钟时(爬行速度)，振动频率为5Hz。当水听器的谐振频率为10Hz时，只能接收到10Hz以上的频率段信号，而接受不到10Hz以下的频率段信号。也就是说当轮船或潜艇的发动机的运转速度高于600转/分钟时，该水听器能接受到它的振动信号；而当轮船或潜艇的发动机的运转速度低于600转/分钟时，该水听器就接受不到它的振动信号了。

目前国内市场上能够买到的水听器基本都是10Hz或10Hz以上谐振频率的，在海上石油勘探或海洋地质勘探行业也是一样，他们期望能应用具有更低谐振频率的水听器以获取更丰富的地质勘探资料。

常规无源水听器都是压电陶瓷片+匹配器结构。市场主流水听器一般使用两块基板粘贴4片陶瓷，4片陶瓷一般采用两串两并方式。单片陶瓷的电容值一般在20～40nF，则两串两并后的组合电容值仍然是20～40nF。匹配器都是使用矽钢片或坡莫合金EJ85和EJ79材料作为磁芯的E型变压器。这些水下压电检波器谐振频率都大于或等于10Hz，输出灵敏度最高为14μV/μb左右。

通过理论分析和实际实验可知，影响水听器谐振频率的两个最重要因素是陶瓷片的电容值和输出匹配器的初级电感量。也就是说若要降低水听器的谐振频率，必须增加压电陶瓷片的总电容量和提高输出匹配器的初级电感量。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提供了一种低频水下压电检波器，大幅增加了陶瓷片的组合电容值；且大幅提高了匹配器的初级电感量，从而能制造出谐振频率低于5Hz，甚至达到2Hz的低频水下压电检波器，同时输出灵敏度最高可达到38μV/μb。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种低频水下压电检波器，包括两只共鸣环，每只共鸣环的两面各粘贴一个压电陶瓷片基板，每个压电陶瓷片基板的两面均粘贴压电陶瓷片，四个压电陶瓷片基板上的压电陶瓷片组合的输出线之间为并联方式连接，共鸣环上开设有过线孔，共鸣环内部导线从过线孔穿出，压电陶瓷片组合的输出线与输出匹配器输入端连接，输出匹配器的输出端连接到接线盘，接线盘上连接输出电缆，将连接好的压电陶瓷片组合放入护套中，灌透声胶固定，在护套外部套装外护壳。

所述的每个压电陶瓷片基板的两面分别按正负、正正或负负方向粘贴压电陶瓷片。

所述的压电陶瓷片单片电容值为130～180nF。

所述的输出匹配器采用超微晶带材卷制成圆筒状作为磁芯，外加塑料护壳。

所述的输出匹配器包括匹配器初级绕组、匹配器次级绕组和匹配器磁芯，压电陶瓷片组合的输出线与输出匹配器的匹配器初级绕组连接，输出匹配器的匹配器次级绕组连接到接线盘。

所述的匹配器初级绕组，用6丝漆包线绕制20000匝，匹配器次级绕组，用10丝漆包线绕制3200匝。

在护套内部灌透声聚氨酯胶，并形成护套的尾部。

所述的压电陶瓷片基板采用恒弹性材料制成，共鸣环采用黄铜HP59制成，接线盘采用酚醛布板制成，护套采用透声聚氨酯制成，外护壳采用改性增强尼龙制成，输出电缆为有阻水胶两芯电缆。

所述的过线孔的直径1mm，分度180°。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型广泛应用于海洋地质勘探和海洋预警等方面。它是通过多只压电陶瓷片的串并联组合以及高导磁率材料制成的阻抗输出匹配器所组成的低频高灵敏度低频水下压电检波器。其使用8片高电容量压电陶瓷片的4串2并结构以大幅增加陶瓷片的组合电容值；采用超微晶带材卷制成圆筒状作为磁芯的双绕组输出匹配器以大幅提高匹配器的初级电感量，从而能制造出谐振频率低于5Hz，甚至达到2Hz的低频水下压电检波器，同时输出灵敏度最高可达到38μV/μb。

本实用新型所使用的输出匹配器采用圆筒形超微晶材料作为磁芯，配合高的绕线匝数，使初级电感做的很高。通过调节陶瓷片的电容量和匹配器的电感量，可将低频水下压电检波器的谐振频率做到5Hz以下，甚至可以达到2Hz。通过选择陶瓷片的电容量和匹配器的电感量，使输出灵敏度可达到14～38μV/μb，而且通过选择匹配器的次级电感量，使输出阻抗小于4kΩ。

附图说明

图1为本实用新型的实施形态的低频水下压电检波器实际结构图。

图2为本实用新型的实施形态内部主要结构示意图。

图3为本实用新型的实施形态的低频水下压电检波器等效电路。

图4为本实用新型的实施形态的共鸣环。

其中，1为压电陶瓷片基板；2为压电陶瓷片；3为输出匹配器；4为匹配器初级绕组；5为匹配器次级绕组；6为匹配器磁芯；7为共鸣环；8为过线孔；9为接线盘；10为护套；11为外护壳；12为输出电缆。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

下面就本实用新型的实施形态为例，参照附图1----图4进行说明。

参见图1至图4，一种低频水下压电检波器，包括两只共鸣环7，每只共鸣环7的两面各粘贴一个压电陶瓷片基板1，每个压电陶瓷片基板1的两面均粘贴压电陶瓷片2，四个压电陶瓷片基板1上的压电陶瓷片2组合的输出线之间为并联方式连接，共鸣环7上开设有过线孔8，共鸣环7内部导线从过线孔8穿出，压电陶瓷片2组合的输出线与输出匹配器3输入端连接，输出匹配器3的输出端连接到接线盘9，接线盘9上连接输出电缆12，将连接好的压电陶瓷片2组合放入护套10中，灌透声胶固定，在护套外部套装外护壳11。

所述的每个压电陶瓷片基板1的两面分别按正负、正正或负负方向粘贴压电陶瓷片2。

所述的压电陶瓷片2单片电容值为130～180nF。

所述的输出匹配器3采用超微晶带材卷制成圆筒状作为磁芯，双绕组，磁芯的外面加塑料护壳，然后再在塑料护壳上绕制线圈。

所述的输出匹配器3包括匹配器初级绕组4、匹配器次级绕组5和匹配器磁芯6，压电陶瓷片2组合的输出线与输出匹配器3的匹配器初级绕组4连接，输出匹配器3的匹配器次级绕组5连接到接线盘9。

所述的匹配器初级绕组，用6丝漆包线绕制20000匝，匹配器次级绕组，用10丝漆包线绕制3200匝。

在护套10内部灌透声聚氨酯胶，并形成护套的尾部。

所述的压电陶瓷片基板1采用恒弹性材料铍青铜制成，共鸣环7采用黄铜HP59制成，接线盘9采用酚醛布板制成，护套10采用透声聚氨酯制成，外护壳11采用改性增强尼龙制成，输出电缆12为有阻水胶两芯电缆。

所述的过线孔8的直径1mm，分度180°。

具体的，一种低频水下压电检波器，使用2只共鸣环7，其两面粘贴压电陶瓷片基板1，压电陶瓷片基板1共4片，压电陶瓷片基板1的两面按正负方向粘贴压电陶瓷片2，压电陶瓷片2共8片陶瓷。需要说明的是，压电陶瓷片2也可以按正正或负负方向粘贴，只需要相应地改变输出连接线的接法，按图2方式连接输出线，共鸣环内部导线从过线孔8穿出。

本实施形态采用压电陶瓷片单片电容值为130～180nF，共用8片陶瓷，8片陶瓷采用两串四并方式，则组合电容值达到260～360nF，如图3所示。电容值越高，越有利于输出阻抗的降低。

将连接好的压电陶瓷片组合放入护套10，灌透声胶固定。

将压电陶瓷片组合的输出线与输出匹配器3的初级绕组4连接好。输出匹配器3的次级绕组5连接到接线盘9。将输出电缆12也连接到接线盘9。

本实施形态所使用的输出匹配器3采用圆筒形超微晶材料作为磁芯6，双绕组，它的导磁率极高，远优于硅钢片或坡莫合金，并且圆环形结构的漏磁少。绕线匝数很轻松就能达到25000匝以上。所以输出匹配器的初级电感可以做的很高。而常规低频水下压电检波器的输出匹配器使用E型硅钢片或E型坡莫合金作为磁芯，而且其初级绕组受到体积限制，匝数很难突破10000匝使其电感量做不高。

将输出匹配器3和接线盘9放入护套10后，在护套10内部利用模具灌满透声聚氨酯胶，并形成护套10的尾部。

在护套外部套装外护壳11。

安装完成，如图1所示。

本实施形态通过选择陶瓷片的电容量和匹配器的电感量，使低频水下压电检波器的谐振频率为5Hz，输出灵敏度达到28μV/μb，输出阻抗为3.8kΩ。

进一步的实验表明，通过调节陶瓷片的电容量和匹配器的电感量，可将低频水下压电检波器的谐振频率做到5Hz以下，甚至可以达到2Hz。输出灵敏度可达到14～38μV/μb，而且输出阻抗仍然可以达到4kΩ以下。

本实用新型广泛应用于海洋地质勘探和海洋预警等方面。它是通过多只压电陶瓷片的串并联组合以及高导磁率材料制成的阻抗输出匹配器所组成的低频高灵敏度低频水下压电检波器。其使用8片高电容量压电陶瓷片的4串2并结构以大幅增加陶瓷片的组合电容值；采用超微晶带材卷制成圆筒状作为磁芯的双绕组输出匹配器以大幅提高匹配器的初级电感量，从而能制造出谐振频率低于5Hz，甚至达到2Hz的低频水下压电检波器，同时输出灵敏度最高可达到38μV/μb。

本实用新型所使用的输出匹配器采用圆筒形超微晶材料作为磁芯，配合高的绕线匝数，使初级电感做的很高。通过调节陶瓷片的电容量和匹配器的电感量，可将低频水下压电检波器的谐振频率做到5Hz以下，甚至可以达到2Hz。通过选择陶瓷片的电容量和匹配器的电感量，使输出灵敏度可达到14～38μV/μb，而且通过选择匹配器的次级电感量，使输出阻抗小于4kΩ。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种低频水下压电检波器，其特征在于，包括两只共鸣环(7)，每只共鸣环(7)的两面各粘贴一个压电陶瓷片基板(1)，每个压电陶瓷片基板(1)的两面均粘贴压电陶瓷片(2)，四个压电陶瓷片基板(1)上的压电陶瓷片(2)组合的输出线之间为并联方式连接，共鸣环(7)上开设有过线孔(8)，共鸣环(7)内部导线从过线孔(8)穿出，压电陶瓷片(2)组合的输出线与输出匹配器(3)输入端连接，输出匹配器(3)的输出端连接到接线盘(9)，接线盘(9)上连接输出电缆(12)，将连接好的压电陶瓷片(2)组合放入护套(10)中，灌透声胶固定，在护套外部套装外护壳(11)。

2.根据权利要求1所述的低频水下压电检波器，其特征在于，所述的每个压电陶瓷片基板(1)的两面分别按正负、正正或负负方向粘贴压电陶瓷片(2)。

3.根据权利要求1所述的低频水下压电检波器，其特征在于，所述的压电陶瓷片(2)单片电容值为130～180nF。

4.根据权利要求1所述的低频水下压电检波器，其特征在于，所述的输出匹配器(3)采用超微晶带材卷制成圆筒状作为磁芯，外加塑料护壳。

5.根据权利要求1或4所述的低频水下压电检波器，其特征在于，所述的输出匹配器(3)包括匹配器初级绕组(4)、匹配器次级绕组(5)和匹配器磁芯(6)，压电陶瓷片(2)组合的输出线与输出匹配器(3)的匹配器初级绕组(4)连接，输出匹配器(3)的匹配器次级绕组(5)连接到接线盘(9)。

6.根据权利要求5所述的低频水下压电检波器，其特征在于，所述的匹配器初级绕组，用6丝漆包线绕制20000匝，匹配器次级绕组，用10丝漆包线绕制3200匝。

7.根据权利要求1所述的低频水下压电检波器，其特征在于，在护套(10)内部灌透声聚氨酯胶，并形成护套的尾部。

8.根据权利要求1所述的低频水下压电检波器，其特征在于，所述的压电陶瓷片基板(1)采用恒弹性材料制成，共鸣环(7)采用黄铜HP59制成，接线盘(9)采用酚醛布板制成，护套(10)采用透声聚氨酯制成，外护壳(11)采用改性增强尼龙制成，输出电缆(12)为有阻水胶两芯电缆。

9.根据权利要求1所述的低频水下压电检波器，其特征在于，所述的过线孔(8)的直径1mm，分度180°。