CN210279751U - 海底检波器声学定位主控换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海底检波器声学定位主控换能器，该海底检波器声学定位主控换能器包括：电缆连接座、球壳安装结构、压电陶瓷球壳、导线以及密封层，其中：所述电缆连接座的顶部与水密承重电缆连接；所述导线的一端与所述压电陶瓷球壳连接，另一端伸入所述电缆连接座并与所述水密承重电缆连接；所述球壳安装结构的一端固定在所述电缆连接座的底部，另一端与所述压电陶瓷球壳连接；所述密封层设置在所述压电陶瓷球壳以及所述球壳安装结构的外侧本实用新型解决了现有的主控换能器谐振频带较窄、指向性较差、发射响应和接收灵敏度较低的技术问题。

Description

海底检波器声学定位主控换能器

技术领域

本实用新型涉及海洋地球物理勘探声学定位领域，具体而言，涉及一种海底检波器声学定位主控换能器。

背景技术

随着海洋地震勘探逐步由浅海转向深海，相对浅海过渡带而言，由于深海的检波器深度达到几百米甚至上千米，在放缆过程中漂移更加严重，当其到达海底位置和预设位置差异很大，无法满足高精度地震勘探的要求。所以必须对沉入海底的检波器采用长基线声学系统对其进行精确定位。长基线声学定位系统一般由五部分组成，水下应答器、主控换能器、主控机、编程器和定位软件，该主控换能器安装在定位船上，定位船在行进中测量其与水底应答器的不同距离结合船上的GPS坐标解算出水下目标的定位坐标，其性能对于整个系统能够定位水下目标的远近起着至关重要的作用。目前类似的设备上主控换能器都是柱形，不同方向接收灵敏度和发射响应存在很大的差异，造成有些方向由于通信距离短而无法定位的问题，而且柱形换能器水阻噪声比较大，特别是在风浪较大或定位船逆流顶风行进时，现场施工发现系统采收率明显降低，而且收到回应的假信号急剧增加，同时由于其谐振频带较窄，发射响应和接收灵敏度较低，无法满足深水检波器声学定位需要。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种海底检波器声学定位主控换能器，以解决现有的主控换能器谐振频带较窄、指向性较差、发射响应和接收灵敏度较低的技术问题。

本实用新型的海底检波器声学定位主控换能器包括：电缆连接座、球壳安装结构、压电陶瓷球壳、导线以及密封层，其中：所述电缆连接座的顶部与水密承重电缆连接；所述导线的一端与所述压电陶瓷球壳连接，另一端伸入所述电缆连接座并与所述水密承重电缆连接；所述球壳安装结构的一端固定在所述电缆连接座的底部，另一端与所述压电陶瓷球壳连接；所述密封层设置在所述压电陶瓷球壳以及所述球壳安装结构的外侧。

进一步的，所述球壳安装结构包括：安装柱和连接螺钉，所述安装柱的顶部与所述电缆连接座的底部固定；所述连接螺钉的钉头部设置在所述压电陶瓷球壳内，钉身部穿过所述压电陶瓷球壳且与所述安装柱的底部固定连接。

进一步的，所述连接螺钉的材料为非金属材料。

进一步的，所述安装柱和所述连接螺钉中设置有通孔，所述导线穿过所述通孔。

进一步的，海底检波器声学定位主控换能器还包括：保护罩，所述保护罩与所述电缆连接座固定连接，所述球壳安装结构、所述压电陶瓷球壳、所述导线以及所述密封层设置在所述保护罩内。

进一步的，所述保护罩包括：上法兰、下法兰以及连接所述上法兰和下法兰的多个支撑杆，所述上法兰套接固定在所述电缆连接座上。

进一步的，所述支撑杆的直径小于或等于换能器最高应用频率波长的十分之一。

进一步的，海底检波器声学定位主控换能器还包括：锁紧螺母，所述锁紧螺母与所述水密承重电缆形成一整体结构，所述锁紧螺母与所述电缆连接座上的螺纹连接。

进一步的，所述压电陶瓷球壳的谐振频率与换能器的工作中心频率相同。

进一步的，所述密封层的材料包括聚氨酯橡胶。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的主控换能器采用了球形外形，遇水阻力小，体积比现有换能器减少至少三分之一，大大降低了风阻和水阻噪声，减少假信号出现，提高应答器的采收率；此外球形外形也使主控换能器具有良好的指向性。在30kHz-50kHz频率范围内指向性可以达到360度内最大起伏0.9dB。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。在附图中：

图1是本实用新型实施例海底检波器声学定位主控换能器的第一结构示意图；

图2是本实用新型实施例海底检波器声学定位主控换能器的第二结构示意图；

图3是本实用新型实施例主控换能器自由场指向性曲线示意图；

图4是本实用新型实施例主控换能器发射电压响应曲线示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型中，术语“上”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

主控换能器用于在发射过程中，将电信号转化为机械振动，进而转化为声信号在水介质中传输。在接收过程中，将声信号转化为同频率的电压信号，便于进行后续的采集处理，该部分是实现声电转换的核心。

如图1所示，本实用新型实施例的海底检波器声学定位主控换能器包括：电缆连接座9、球壳安装结构、压电陶瓷球壳3、导线(图中未示出)以及密封层4。电缆连接座9的顶部与水密承重电缆8连接，该电缆连接座9内为一空腔，导线的一端与压电陶瓷球壳3连接，另一端伸入电缆连接座9的空腔中并与水密承重电缆9电连接。该水密承重电缆8用于电压信号的传输。球壳安装结构的一端固定在电缆连接座9的底部，另一端与压电陶瓷球壳3连接。密封层4设置在压电陶瓷球壳3以及球壳安装结构的外侧。

在本实用新型的实施例中，该球壳安装结构为主控换能器的主体，用于在密封层4灌注时起定位作用，其可以采用多种方式实现，例如该球壳安装结构可以为一连杆或者螺钉，亦或其他能实现固定压电陶瓷球壳3的连接结构。

在本实用新型的实施例中，密封层4包裹在球壳安装结构和压电陶瓷球壳3外，用于实现压电陶瓷球壳3的水密及透声。在本实用新型的实施例中，密封层4为一体灌注形成。

在本实用新型的实施例中，导线用于实现压电陶瓷球壳3与水密承重电缆8电连接，该导线可以采用多种走线方式，例如导线设置在密封层4与球壳安装结构之间进入电缆连接座9的空腔，或者在球壳安装结构中设置一通孔导线通过通孔进入电缆连接座9的空腔等。

在本实用新型的实施例中，压电陶瓷球壳，采用收发性能优良的PZT-4压电陶瓷，其谐振频率设计为换能器工作中心频率，具有水平、垂直全向，发送响应高、频带宽的优点。

在本实用新型的实施例中，密封层用于实现压电陶瓷的水密及透声，采用聚氨酯橡胶灌注实现。

在如图1所示的实施例中，球壳安装结构包括安装柱6和连接螺钉5，所述安装柱6的顶部与电缆连接座9的底部固定；连接螺钉5的钉头部设置在压电陶瓷球壳3内，钉身部穿过压电陶瓷球壳3且与安装柱6中的内螺纹连接，实现固定在安装柱6的底部。

在本实用新型的实施例中，该连接螺钉5采用非金属材料，避免导电。

在如图1所示的实施例中，安装柱6和连接螺钉5中设置有通孔，用于实现走线，该通孔与电缆连接座9中的空腔连通，导线的一端设置在压电陶瓷球壳3内与压电陶瓷球壳3的侧壁连接，导线的另一端穿过该通孔进入电缆连接座9中的空腔，用于与水密承重电缆8连接。

如图2所示，本实用新型实施例的海底检波器声学定位主控换能器还包括：保护罩，该保护罩可以允许水流通过，用于防止物体碰撞到主控换能器，对主控换能器起到保护作用。该保护罩与电缆连接座9固定连接，球壳安装结构、压电陶瓷球壳3、导线以及密封层4均设置在该保护罩内。在本实用新型的实施例中，该保护罩可以采用多种结构，例如带有栅格的球形结构、带有通孔或栅格的长方体形或圆柱体形结构。

如图2所示，该保护罩包括上法兰1、下法兰2以及连接上法兰1和下法兰2的多根支撑杆10，该上法兰1套接固定在电缆连接座9上。在本实用新型的实施例中，上法兰1与电缆连接座9焊接固定。在本实用新型的另一实施例中，上法兰1与电缆连接座9为一体成型。

在本实用新型的可选实施例中，支撑杆10为6根，为了减小对换能器声学性能影响，支撑杆10的直径小于或等于换能器最高应用频率波长的十分之一。

如图1所示，本实用新型实施例的海底检波器声学定位主控换能器包括：锁紧螺母7，该锁紧螺母7与水密承重电缆8设置为一体结构，在电缆连接座9上设置有与锁紧螺母7相适配的外螺纹。在连接水密承重电缆8时，锁紧螺母7与电缆连接座9上的外螺纹连接，实现固定水密承重电缆8，在连接时水密承重电缆8的线头进入电缆连接座9的空腔中，与导线电连接在一起。

本实用新型的海底检波器声学定位主控换能器由于其球形外形具有良好的指向性。图3是通过对本实用新型的主控换能器进行测试，测量得到的自由场指向性曲线示意图，具体的测试参数为：环境温度30度、电缆长度35米、入水深度1.8米、环境水温26.8度、绝缘电阻500兆欧、静态电容79000pf、测试频率40kHz、测试距离2.03米。如图3所示，本实用新型的海底检波器声学定位主控换能器具有良好的指向性，在30kHz-50kHz频率范围内指向性可以达到360度内最大起伏0.9dB。

此外，本实用新型的海底检波器声学定位主控换能器还具有发射响应好的优点。发射响应能够全面反映发射换能器性能指标，发射电压响应是指发射换能器在指定方向上离其有效声中心一米的距离上产生的自由场表观声压与加到换能器输入端的电压V的比值。本实用新型在消声水池中对主控换能器发射响应进行测试，具体的测试参数为：环境温度30度、电缆长度35米、入水深度1.8米、环境水温26.8度、绝缘电阻500兆欧、静态电容79000pf、测试频率40kHz、测试距离2.03米。测量得到的换能器发送响应测量数据如表1所示，其中Sv为发射响应，f为信号频率。

f(kHz)	S<sub>v</sub>(dB)	f(kHz)	S<sub>v</sub>(dB)	f(kHz)	S<sub>v</sub>(dB)
						10.00	135.2	22.00	148.8	34.00	150.4
12.00	138.6	24.00	150.2	36.00	149.4
						14.00	141.4	26.00	150.7	38.00	148.6
16.00	143.8	28.00	150.2	40.00	147.9
						18.00	145.3	30.00	150.6
20.00	147.2	32.00	151.0

表1

图4是根据表1中的参数绘制的主控换能器发射电压响应曲线示意图，如图4所示，本实用新型的主控换能器在30kHz-40kHz有用信号频段内的响应平坦，发射响应达到150dB左右，因此可以大大提高了系统的发射声源级及系统定位范围。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型的海底检波器声学定位主控换能器至少具有以下优点：

1、外形采用流线设计，遇水阻力小

该换能器外形采用流线设计，体积比原有换能器减少三分之一，大大降低了风阻和水阻噪声，减少假信号出现，提高应答器的采收率。

2、指向性好

设计为球形换能器，具有良好的指向性。在30kHz-50kHz频率范围内指向性可以达到360度内最大起伏0.9dB。

3、发射响应好

发射响应能够全面反映发射换能器性能指标。发射电压响应是指发射换能器在指定方向上离其有效声中心一米的距离上产生的自由场表观声压与加到换能器输入端的电压V的比值。在消声水池中对该换能器发射响应进行测试。在30kHz-40kHz有用信号频段内响应平坦，发射响应达到150dB左右，大大提高了系统的发射声源级及系统定位范围。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，包括：电缆连接座、球壳安装结构、压电陶瓷球壳、导线以及密封层，其中：

所述电缆连接座的顶部与水密承重电缆连接；所述导线的一端与所述压电陶瓷球壳连接，另一端伸入所述电缆连接座并与所述水密承重电缆连接；所述球壳安装结构的一端固定在所述电缆连接座的底部，另一端与所述压电陶瓷球壳连接；所述密封层设置在所述压电陶瓷球壳以及所述球壳安装结构的外侧。

2.根据权利要求1所述的海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，所述球壳安装结构包括：安装柱和连接螺钉，所述安装柱的顶部与所述电缆连接座的底部固定；所述连接螺钉的钉头部设置在所述压电陶瓷球壳内，钉身部穿过所述压电陶瓷球壳且与所述安装柱的底部固定连接。

3.根据权利要求2所述的海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，所述连接螺钉的材料为非金属材料。

4.根据权利要求2所述的海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，所述安装柱和所述连接螺钉中设置有通孔，所述导线穿过所述通孔。

5.根据权利要求1或2所述的海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，还包括：保护罩，所述保护罩与所述电缆连接座固定连接，所述球壳安装结构、所述压电陶瓷球壳、所述导线以及所述密封层设置在所述保护罩内。

6.根据权利要求5所述的海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，所述保护罩包括：上法兰、下法兰以及连接所述上法兰和下法兰的多个支撑杆，所述上法兰套接固定在所述电缆连接座上。

7.根据权利要求6所述的海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，所述支撑杆的直径小于或等于换能器最高应用频率波长的十分之一。

8.根据权利要求1所述的海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，还包括：锁紧螺母，所述锁紧螺母与所述水密承重电缆形成一整体结构，所述锁紧螺母与所述电缆连接座上的螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，所述压电陶瓷球壳的谐振频率与换能器的工作中心频率相同。

10.根据权利要求1所述的海底检波器声学定位主控换能器，其特征在于，所述密封层的材料包括聚氨酯橡胶。

Images