CN207652695U - 一种高频球冠换能器 - Google Patents

Abstract

一种高频球冠换能器，包括球冠形状的复合陶瓷元件，所述复合陶瓷元件被封装在结构体中；所述结构体包括设有一开口的壳体和密封壳体开口的密封层，所述复合陶瓷元件位于所述壳体内且被所述密封层密封。按上述方案，首先加工复合陶瓷元件，使其成为球冠形状，之后，将其安装入壳体内，通过密封层将其密封。相比于现有技术，球冠聚焦换能器制作工艺简单，一致性好，阻抗单峰性好，且适合大批量制作。

Description

一种高频球冠换能器

技术领域

本实用新型属于水声探测技术领域，具体涉及换能器。

背景技术

高强度聚焦超声(HIFU)外科手术是将超声能量会聚到病变组织中的一个较小区域，使该区内病变组织发生不可逆转的凝固性坏死，而对该区以外的组织基本无损。临床应用上，HIFU技术优越于传统外科手术之处在于它能定位于深部组织，而不必对病人进行开刀手术，因此聚焦超声技术属于无损伤外科技术范围。HIFU技术的核心器件是聚焦换能器，常见的超声聚焦换能器一般是由压电陶瓷或压电复合材料制成。实现超声波聚焦的方式有三种方式：声透镜聚焦，反射镜聚焦，凹球面聚焦。其中，凹球面聚焦是主动式声聚焦，声透镜聚焦是辅助式的声聚焦，而反射式聚焦则是被动式的。

凹球面聚焦换能器一般直接做成球冠状或将多个球面环粘合为一个球冠状，该类换能器可根据不同深度需要选取大小，比较灵活，一般采用机械扫描方式，当采用环阵结构时，通过相控或电子扫描与机械扫描结合来完成对大块组织的三维立体扫描。

高频球冠换能器在图像声纳中有着广阔的发展前景，随着在军事和民用领域应用的日益深入和广泛，水下图像声呐正向大开角，高分辨率发展。同时在水雷搜寻和安全应用中，声纳系统的大覆盖角是关键点之一。高频换能器为了满足这个要求的，利用1-3型压电复合材料技术可以实现其对球冠型换能器，通过球冠型1-3复合材料几何尺寸分布，实现换能器的大功率，大开角指向性特点。从而实现球冠型图像声纳换能器的制作。

申请号为CN201010620966.7，申请公布号为CN102176508A的发明专利申请文件公开了一种高频宽波束球冠形发射换能器制备方法，采用球冠式布阵，球冠的四侧截成方形；阵元按照一定间距布好后，布好阵后，在阵元的缝隙中填充聚合物；对匹配层进行灌注，先对匹配层进行抽真空处理，灌注时也需对其进行抽真空及加温处理；在匹配层外侧灌注一层球冠形的聚氨酯；连接正极，阵元的正极为并联，引出一根正极导线，将正极一侧粘接于聚氨酯泡沫基座的球冠表面，待胶层固化后，将阵元的负极共负，引出一根负极的导线，将装配好的球冠阵后背衬与后座粘接，导线从走线槽引出。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题：如何通过简单的制作工艺实现换能器在高频率下的聚焦特性以及远场条件下的大开角指向性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种高频球冠换能器，包括球冠形状的复合陶瓷元件，所述复合陶瓷元件被封装在结构体中；所述结构体包括设有一开口的壳体和密封壳体开口的密封层，所述复合陶瓷元件位于所述壳体内且被所述密封层密封。

按上述技术方案，首先加工复合陶瓷元件，使其成为球冠形状，之后，将其安装入壳体内，通过密封层将其密封。相比于现有技术，本实用新型所述换能器的制作工艺简单，有利于成本的降低和效率的提高。

所述复合陶瓷元件呈内凹的球冠形状，或者，所述复合陶瓷元件呈外凸的球冠形状。具体地，内凹的球冠形状的复合陶瓷元件内凹入壳体内，外凸的球冠形状的外凸出壳体的开口端。

所述复合陶瓷元件为1-3复合陶瓷材料，复合陶瓷元件为换能器的有源元件，将电能转化为声能。复合陶瓷元件采用1-3复合陶瓷材料，在高频条件下振动模态单一，具有较高的耦合系数。

复合陶瓷元件设有背衬，所述背衬填充在壳体内，所述背衬为高耐压泡沫材料。高耐压泡沫材料具有耐压强度高，声速低，密度低等特点，适合作为换能器的背衬材料。利用高耐压泡沫材料作为背衬可降低换能器的整体重量，以及实现换能器的背部去耦问题，同时，实现高频球冠换能器的耐水压问题，特别适用于换能器安装在AUV以及UUV水下设备的大深度航行。作为一种优选，所述背衬优选高强度环氧背衬。

所述密封层采用聚氨酯材料。

所述复合陶瓷元件呈内凹的球冠形状，密封层呈内凹的球冠形状，密封层内凹入壳体内且密封层的端面与壳体开口端的端面齐平；壳体开口端螺纹接有密封环，密封环设有密封圈，密封圈抵压在密封层与壳体开口端的连接处。当复合陶瓷元件呈内凹的球冠形状时，密封层与壳体开口处内侧壁的连接非常薄弱，为强化密封层与壳体的连接，本实用新型加设密封环，使其上的密封圈压在密封层与壳体开口处内侧壁的连接处。

通过导电胶将复合陶瓷元件的电极与电缆进行连接，壳体上开设供电缆穿出的通孔，通孔内设有填料函结构，填料函结构电缆与壳体部分连接，实现水密封。

本实用新型制作的球冠聚焦换能器整体成型于不锈钢壳体内，复合陶瓷元件中的陶瓷颗粒分布均匀，1-3复合陶瓷材料模态振动单一，球冠聚焦换能器制作工艺简单，一致性好，阻抗单峰性好，且适合大批量制作。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型一种高频球冠换能器的结构示意图；

图2为图1中所述的一种高频球冠换能器设有密封环后的结构示意图。

图中符号说明：

10、复合陶瓷元件；

20、壳体；

30、密封层；

40、密封环；41、压部；42、螺接部；400、密封圈；

50、电缆；

60、填料函结构；

70、背衬。

具体实施方式

如图1，一种高频球冠换能器，包括球冠形状的复合陶瓷元件10，所述复合陶瓷元件被封装在结构体中。

所述结构体包括设有一开口的壳体20和密封壳体开口的密封层30，所述复合陶瓷元件位于所述壳体内且被所述密封层密封。

所述壳体20为不锈钢壳体。

所述复合陶瓷元件10呈内凹的球冠形状。

所述复合陶瓷元件10为1-3复合陶瓷材料。

所述复合陶瓷元件10由数千个陶瓷颗粒组成。

所述复合陶瓷元件10设有背衬70，所述背衬填充在壳体20内，所述背衬为高耐压泡沫材料，它起到一个空气背衬的作用，降低复合陶瓷元件的后辐射。

所述复合陶瓷元件10与背衬70具有相同的曲率半径。

所述密封层30采用聚氨酯材料。

如图2，所述密封层30呈内凹的球冠形状，密封层内凹入壳体20内且密封层的端面与壳体开口端的端面齐平；壳体开口端螺纹接有密封环40，密封环设有密封圈400，密封圈抵压在密封层与壳体开口端的连接处。

如图2，所述密封环40包括环形的压部41和环形的螺接部42，所述压部和所述螺接部衔接处的内侧开设环形卡槽，所述密封圈400卡设在所述环形卡槽中。所述压部41的内径等于或大于壳体20开口的内径，所述密封圈400的内径小于壳体20开口的内径，如此，在所述压部41的压迫下，密封圈400紧压在壳体开口端面和密封层30端面的连接处，起到加强密封复合陶瓷元件10的作用。所述压部41的内径等于或大于壳体20开口的内径，其作用在于：不妨碍复合陶瓷元件10向外发射声波。所述密封圈400的材质与密封层30的材质相同。

通过导电胶将复合陶瓷元件10的电极与电缆50进行连接，壳体20上开设供电缆穿出的通孔，通孔内设有填料函结构60。

复合陶瓷元件10的制作工艺，首先通过1-3复合压电陶瓷切割技术，切割出一定尺寸的复合陶瓷材料，然后对复合陶瓷材料进行深加工，使其在具有一定曲率半径的条件下成型，在成型球冠陶瓷表面敷设电极，并通过导线引出。具体包括如下步骤：

第一，将陶瓷材料的一端面与底衬的一端面对齐后紧密贴合，所述底衬与所述陶瓷材料之间通过胶粘剂贴合，所述底衬为柔性底衬。

第二，对贴附在所述底衬上的陶瓷材料进行切割，得到若干均匀细长的陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒以阵列的方式设置在所述底衬上。

第三，对步骤二中的所述底衬和所述陶瓷颗粒阵列进行整体弯曲，成型为球冠状；其中，所述底衬和所述陶瓷颗粒阵列的弯曲角度根据具体的使用情况而定，

第四，对弯曲后的所述陶瓷颗粒阵列进行灌注，其中，所述陶瓷颗粒阵列在真空条件下利用环氧树脂进行灌注。

第五，将所述底衬从所述陶瓷颗粒阵列上撕除，并去除所述陶瓷颗粒阵列表面多余胶层。

第六，在所述陶瓷颗粒阵列上敷设电极，并对所述电极形状进行加权控制。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种高频球冠换能器，包括球冠形状的复合陶瓷元件(10)，所述复合陶瓷元件被封装在结构体中；其特征在于：所述结构体包括设有一开口的壳体(20)和密封壳体开口的密封层(30)，所述复合陶瓷元件位于所述壳体内且被所述密封层密封。

2.如权利要求1所述的一种高频球冠换能器，其特征在于：所述复合陶瓷元件(10)呈内凹的球冠形状，或者，所述复合陶瓷元件呈外凸的球冠形状。

3.如权利要求1所述的一种高频球冠换能器，其特征在于：所述复合陶瓷元件(10)为1-3复合陶瓷材料。

4.如权利要求1所述的一种高频球冠换能器，其特征在于：复合陶瓷元件(10)设有背衬(70)，所述背衬填充在壳体(20)内，所述背衬为高耐压泡沫材料。

5.如权利要求1所述的一种高频球冠换能器，其特征在于：所述密封层(30)采用聚氨酯材料。

6.如权利要求1所述的一种高频球冠换能器，其特征在于：所述复合陶瓷元件(10)呈内凹的球冠形状，密封层(30)呈内凹的球冠形状，密封层内凹入壳体(20)内且密封层的端面与壳体开口端的端面齐平；壳体开口端螺纹接有密封环(40)，密封环设有密封圈(400)，密封圈抵压在密封层与壳体开口端的连接处。

7.如权利要求1所述的一种高频球冠换能器，其特征在于：通过导电胶将复合陶瓷元件(10)的电极与电缆(50)进行连接，壳体(20)上开设供电缆穿出的通孔，通孔内设有填料函结构(60)。