CN213274557U - 一种基于3d打印的水听器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于3D打印的水听器，包括电磁屏蔽外壳，内部构造有容纳腔、轴向两侧有开口；填充在容纳腔内的保护层；覆盖在保护层上侧的压电驻极体薄片，由热塑性材料经3D打印一体形成，内部形成供压电驻极体薄片的电偶极子作用的空气腔，压电驻极体薄片的两侧贴附有接触电极，下侧的接触电极与保护层紧密接触，上侧的接触电极与一背衬体抵紧接触；端盖，封闭电磁屏蔽外壳一侧开口，端盖上有排线孔；前置放大器电路板，支撑在背衬体上，前置放大器电路板通过一引线与上侧接触电极电性连接、通过另一引线穿过排线孔与一位于水听器外部的线缆电性连接；端盖与前置放大器电路板之间填充有防水的支撑体，以便密闭排线孔。

Description

一种基于3D打印的水听器

技术领域

本实用新型涉及声呐辅助设备技术领域，特别涉及一种基于3D打印的水听器。

背景技术

压电材料是一种受到机械力而在其表面感应出电荷的材料。聚丙烯孔洞型铁电驻极体薄膜是一种新型的压电材料，这类薄膜不仅具有铁电聚合物的特征，而且表现出很好的压电性能。聚丙烯孔洞型铁电驻极体薄膜不仅具有良好的热稳定，而且呈现良好的机械强度(抗疲劳性能)、可大面积成膜、低成本、低介电常数以及与空气和水相匹配的低声阻抗等突出特性，因此铁电驻极体在通信、噪声控制、无损检测、医疗、保安电声设备及军事领域等具有广阔的应用前景。

3D打印又称为增材制造，通过控制材料的选择性堆积，可以直接制造出三维模型。熔融沉积成形(fused deposition modeling，FDM)工艺通过加热将丝状、热塑性材料的熔丝从喷头挤出，按照模型切片的预定轨迹将材料选择性地打印在工作台上。FDM式3D打印机因其相对低廉的价格，能够快速制造设计模型等优点。

水听器作为一种水下传感器，可以将水下压力变化产生的声信号转换为可供后续处理的电信号，进而通过分析可以得到真实可靠的水下声场的变化情况，水听器在海洋环境探测中起着十分重要的作用。

目前的水听器普遍存在制造成本高、结构复杂，装配难度大，灵敏度低下等问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单、灵敏度更高的基于3D打印的水听器。

为此，本实用新型提供了一种基于3D打印的水听器，包括：

电磁屏蔽外壳，沿轴向延伸且其底部端面上设有第一开口、顶部端面上设有第二开口、内部构造有容纳腔；

保护层，为具有水密功能和透声功能的聚合物，填充在容纳腔内且密闭第一开口；

压电驻极体薄片，由热塑性材料经D打印一体形成，内部形成供压电驻极体薄片的电偶极子作用的空气腔，压电驻极体薄片设置在容纳腔内且覆盖在保护层上侧，压电驻极体薄片的上下两侧贴附有接触电极，下侧的接触电极与保护层紧密接触，上侧的接触电极与一背衬体抵紧接触；

端盖，固定设置在电磁屏蔽外壳上且密闭第二开口，端盖上设置有排线孔；

前置放大器电路板，能放大并输出来自压电驻极体薄片的电信号，前置放大器电路板设置在容纳腔内且支撑在背衬体上，前置放大器电路板通过一引线与上侧接触电极电性连接、通过另一引线穿过排线孔与一位于水听器外部的线缆电性连接；

端盖与前置放大器电路板之间填充有防水的支撑体，支撑体至少有部分密闭排线孔。

上述技术方案中，优选的，端盖与电磁屏蔽外壳的内周壁之间设置有密封结构。

上述技术方案中，优选的，端盖具有沿轴向延伸且与电磁屏蔽外壳的内周壁密封连接的连接部，连接部的外周壁上设置有周向的密封沟槽，在密封沟槽内嵌设有O形密封圈。

上述技术方案中，优选的，电磁屏蔽外壳为金属材料制成。

上述技术方案中，优选的，金属材料包括铝、铜或钢。

上述技术方案中，优选的，热塑性材料为聚丙烯材料。

上述技术方案中，优选的，背衬体由尼龙制成并预设有贯穿其的引线槽。

上述技术方案中，优选的，前置放大器电路板是由前置放大器、高通滤波器和差分放大器组成的电子电路。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1.压电驻极体薄片采用热塑性材料经3D打印一体形成，内部形成供压电驻极体薄片的电偶极子作用的空气腔，能够更好的检测水波振动，并且利用前置放大器电路板来放大电信号，使得水听器的信号接收灵敏度得到大幅度提高；

2.体积小，重量轻，结构简单，制造成本低，易于装配，性能更可靠。

附图说明

图1是本实用新型基于3D打印的水听器的结构示意图；

其中附图标记如下：

100-基于3D打印的水听器；

1-电磁屏蔽外壳；11-第一开口；12-第二开口；

2-保护层；

3-压电驻极体薄片；

4-接触电极；

5-背衬体；

6-端盖；61-排线孔；

7-前置放大器电路板；

8-支撑体；

9-引线。

具体实施方式

容易理解的是，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到的上、下、轴向、周向、内、外等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

如图1所示，一种基于3D打印的水听器100，它包括电磁屏蔽外壳1、保护层2、压电驻极体薄片3、接触电极4、背衬体5、端盖6、前置放大器电路板7以及支撑体8。

电磁屏蔽外壳1为金属材料制成，可以是铝、铜或钢等，用于水听器内部元器件的电磁屏蔽和封装。其沿轴向延伸且其底部端面上设有第一开口11、顶部端面上设有第二开口12、内部构造有容纳腔。

保护层2为具有水密功能和透声功能的聚合物，填充在容纳腔内且密闭第一开口11。

压电驻极体薄片3设置在容纳腔内且覆盖在保护层2上侧，压电驻极体薄片3的上下两侧贴附有接触电极4，下侧的接触电极4与保护层2紧密接触，上侧的接触电极4与一背衬体5抵紧接触。本例中，压电驻极体薄片3是由热塑性材料经3D打印一体形成的，如聚丙烯材料(PLA)，内部形成供压电驻极体薄片3的电偶极子作用的空气腔，能够更好的检测水波振动，将声音的震动信号传导至压电驻极体薄片3上。此外，接触电极4是按照如下工艺步骤制成的：将铜片切割成圆形，用高强度环氧胶粘在压电驻极体薄片上，并使用振幅为2.5千伏的直流电压在10秒内将电荷直接施加到接触电极上。背衬体5由尼龙制成并预设有贯穿其的引线槽，能避免有源元件的背面反射并干扰来自水听器的接收信号。

端盖6固定设置在电磁屏蔽外壳上且密闭第二开口12，端盖6上设置有排线孔61。具体的，端盖6与电磁屏蔽外壳1的内周壁之间设置有密封结构(图未示)。端盖6具有沿轴向延伸且与电磁屏蔽外壳1的内周壁密封连接的连接部，连接部的外周壁上设置有周向的密封沟槽，在密封沟槽内嵌设有O形密封圈。

前置放大器电路板7是由前置放大器、高通滤波器和差分放大器组成的电子电路，能放大并输出来自压电驻极体薄片3的电信号。前置放大器电路板7设置在容纳腔内且支撑在背衬体5上，前置放大器电路板7通过一引线9与上侧接触电极4电性连接、通过另一引线9穿过排线孔61与一位于水听器外部的线缆(图未示)电性连接。

端盖6与前置放大器电路板7之间填充有防水的支撑体8，支撑体8至少有部分密闭排线孔61。

本实用新型的水听器的工作原理是这样的：

具有一定声强的外界波振动信号，传递到压电驻极体薄片4上，压电驻极体薄片4感知其端面上的压强信号并输出电信号，输出的电信号通过连接在接触电极3与电子前置放大电路板6之间的引线9输出到电子前置放大电路板6上，从而将电信号进行放大，然后再通过连接在前置放大电路板6上并朝向端盖8所在方向延伸的引线9输出到外部电缆上。

本申请的技术范围不仅仅局限于上述说明书中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本申请技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于3D打印的水听器，包括：

电磁屏蔽外壳(1)，沿轴向延伸且其底部端面上设有第一开口(11)、顶部端面上设有第二开口(12)、内部构造有容纳腔；

保护层(2)，为具有水密功能和透声功能的聚合物，填充在所述容纳腔内且密闭所述第一开口(11)；其特征在于，还包括，

压电驻极体薄片(3)，由热塑性材料经3D打印一体形成，内部形成供所述压电驻极体薄片(3)的电偶极子作用的空气腔，所述压电驻极体薄片(3)设置在所述容纳腔内且覆盖在所述保护层(2)上侧，所述压电驻极体薄片(3)的上下两侧贴附有接触电极(4)，下侧的所述接触电极(4)与所述保护层(2)紧密接触，上侧的所述接触电极(4)与一背衬体(5)抵紧接触；

端盖(6)，固定设置在所述电磁屏蔽外壳上且密闭所述第二开口(12)，所述端盖(6)上设置有排线孔(61)；

前置放大器电路板(7)，能放大并输出来自所述压电驻极体薄片(3)的电信号，所述前置放大器电路板(7)设置在所述容纳腔内且支撑在所述背衬体(5)上，所述前置放大器电路板(7)通过一引线(9)与上侧所述接触电极(4)电性连接、通过另一引线(9)穿过所述排线孔(61)与一位于水听器外部的线缆电性连接；

所述端盖(6)与所述前置放大器电路板(7)之间填充有防水的支撑体(8)，所述支撑体(8)至少有部分密闭所述排线孔(61)。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印的水听器，其特征在于：所述端盖(6)与所述电磁屏蔽外壳(1)的内周壁之间设置有密封结构。

3.根据权利要求2所述的基于3D打印的水听器，其特征在于：所述端盖(6)具有沿轴向延伸且与所述电磁屏蔽外壳(1)的内周壁密封连接的连接部，所述连接部的外周壁上设置有周向的密封沟槽，在所述密封沟槽内嵌设有O形密封圈。

4.根据权利要求1所述的基于3D打印的水听器，其特征在于：所述电磁屏蔽外壳(1)为金属材料制成。

5.根据权利要求4所述的基于3D打印的水听器，其特征在于：所述金属材料包括铝、铜或钢。

6.根据权利要求1所述的基于3D打印的水听器，其特征在于：所述热塑性材料为聚丙烯材料。

7.根据权利要求1所述的基于3D打印的水听器，其特征在于：所述背衬体(5)由尼龙制成并预设有贯穿其的引线槽。

8.根据权利要求1所述的基于3D打印的水听器，其特征在于：所述前置放大器电路板(7)是由前置放大器、高通滤波器和差分放大器组成的电子电路。

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