CN213397350U - 一种矢量水听器及矢量水听器单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矢量水听器，包括弯曲梁加速度计，所述弯曲梁加速度计包括弯曲梁基座和2片梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片，所述弯曲梁基座中间设置有梯形弯曲梁，所述2片梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片粘附于所述梯形弯曲梁的两侧，同时本实用新型还公开了一种矢量水听器单元。PIMNT弛豫铁电单晶材料相较于传统压电陶瓷具有优异的压电性能，提升了矢量水听器的灵敏度，且不会增大矢量水听器的体积，同时制备的弯曲梁加速度计的梯形弯曲梁结构低频灵敏度高，横向灵敏度抑制效果好，所以本实用新型的矢量水听器具有体积小灵敏度高的优点。

Description

一种矢量水听器及矢量水听器单元

技术领域

本实用新型涉及能量转换器应用技术领域，尤其涉及一种矢量水听器及矢量水听器单元。

背景技术

水声学主要研究声波在水下的产生、辐射、传播和接收的过程，用以解决与水下目标探测、识别以及信息传输过程有关的声学问题，水声换能器作为声呐系统的重要部件之一，是发射和接收水中声信号的装置，应用最广泛的是电声转换的水声换能器，是水声学的一个重要的研究方向，它将水下的声信号转换为电信号或将电信号转换成水下的声信号，将电信号转换为声信号的为发射换能器，将声信号转换为电信号的为接收转换器也即水听器，现有的同振式矢量水听器主要使用普通商用加速度计或者压电陶瓷(PZT)为有源材料检测声场的质点加速度，以金属或者环氧玻璃微珠为外壳来作为支撑结构，以弹簧或者橡皮筋作为悬挂装置。现有的同振式矢量水听器若要提高灵敏度，需要增大有源材料体积，进而增大了矢量水听器体积，而大体积矢量水听器不利于阵列应用，所以亟需一种体积小灵敏度高的矢量水听器来满足研究需要。

实用新型内容

为解决现有技术的弊端，本实用新型公开了一种体积小灵敏度高易于阵列应用的矢量水听器，采用了如下技术方案：

一种矢量水听器，包括弯曲梁加速度计，所述弯曲梁加速度计包括梯形弯曲梁基座和2片梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片，所述弯曲梁基座中间设置有梯形弯曲梁，所述2片梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片粘附于所述梯形弯曲梁的两侧。

进一步的，所述弯曲梁加速度计为2个，分别为第一弯曲梁加速度计和第二弯曲梁加速度计，所述第一弯曲梁加速度计设置在矢量水听器的上部，所述第二弯曲梁加速度计设置在矢量水听器的下部，所述第一弯曲梁加速度计的第一梯形弯曲梁与所述第二弯曲梁加速度计的第二梯形弯曲梁相对且正交设置。

进一步的，还包括调理电路，所述调理电路设置在所述第一梯形弯曲梁和所述第二梯形弯曲梁之间。

进一步的，还包括压电陶瓷环，所述压电陶瓷环为2个，分别为第一压电陶瓷环和第二压电陶瓷环，所述第一压电陶瓷环套设于第一梯形弯曲梁外侧，所述第二压电陶瓷环套设于第二梯形弯曲梁外侧。

进一步的，还包括支撑杆，所述支撑杆设置在第一弯曲梁加速度计的第一弯曲梁基座和第二弯曲梁加速度计的第二弯曲梁基座之间。

进一步的，还包括环氧玻璃微珠支撑组件，所述环氧玻璃微珠支撑组件包括第一支撑帽、第一支撑环、第二支撑环、第三支撑环和第二支撑帽，

所述第一支撑环设置在第一压电陶瓷环和第一弯曲梁基座之间；

所述第二支撑环套设于调理电路外侧；

所述第三支撑环设置在第二压电陶瓷环和第二弯曲梁基座之间；

所述第一支撑帽设置在第一弯曲梁基座上端，包裹部分第一弯曲梁基座；

所述第二支撑帽设置在第二弯曲梁基座下端，包裹部分第二弯曲梁基座；

进一步的，所述弯曲梁加速度计的弯曲梁基座上设置有支撑杆过孔，用于固定支撑杆。

进一步的，还包括电缆，所述第二支撑帽下端设置有通孔，用于电缆穿出。

进一步的，还包括壳体，所述壳体为聚氨酯胶层。

本实用新型还公开了一种矢量水听器单元，包括悬挂装置和上述任一种矢量水听器，所述悬挂装置为对称设置在矢量水听器外侧的泡沫材料。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型的矢量水听器使用PIMNT弛豫铁电单晶材料作为有源材料，制作弯曲梁加速度计，PIMNT弛豫铁电单晶材料相较于传统压电陶瓷具有优异的压电性能，提升了矢量水听器的灵敏度，且不会增大矢量水听器的体积，同时制备的弯曲梁加速度计的梯形弯曲梁结构低频灵敏度高，横向灵敏度抑制效果好，所以本实用新型的矢量水听器具有体积小灵敏度高的优点。

2.本实用新型的矢量水听器单元以泡沫材料作为弹性悬挂装置，形成圆周对称的外形结构，相比传统的弹簧、橡皮筋悬挂形成的复杂的外接口结构，更加方便陈列应用。

附图说明

图1为本实用新型矢量水听器一种实施例的爆炸示意图

图2为本实用新型一种实施例的弯曲梁加速度计结构示意图

图3、图4为本实用新型矢量水听器一种实施例的剖面示意图

图5为本实用新型矢量水听器单元一种实施例的示意图

图6为本实用新型一种实施例的阵列形式示意图

图7为梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片的极化方向示意图其中：11-弯曲梁基座、111-第一弯曲梁基座、112-第二弯曲梁基座、12-PIMNT弛豫铁电单晶晶片、121-第一PIMNT弛豫铁电单晶晶片、122-第二PIMNT弛豫铁电单晶晶片、113-弯曲梁、131-第一梯形弯曲梁、132-第二梯形弯曲梁、14-支撑杆过孔、15-测试螺纹孔、16-正极引线、17-负极引线、 18-走线孔、21-第一压电陶瓷环、22-第二压电陶瓷环、3-调理电路、4-支撑杆、51-第一支撑帽、52-第一支撑环、53-第二支撑环、54-第三支撑环、55- 第二支撑帽、56-通孔、6-壳体、7-悬挂装置、8-阵元固定结构、9-充油电缆护套。

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中的技术方案，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作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。

本实用新型公开了一种矢量水听器，如图1和图2所示，包括弯曲梁加速度计，弯曲梁加速度计包括弯曲梁基座11和2片梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片12，所述弯曲梁基座11中间设置有梯形弯曲梁13，所述2片梯形 PIMNT弛豫铁电单晶晶片12粘附于所述梯形弯曲梁13的两侧。

现有技术的同振式矢量水听器通常采用压电陶瓷为有源材料检测声场的质点加速度，若要提高灵敏度，需要增大有源材料的体积，当有源材料的体积增大时，势必会导致矢量水听器体积的增大，不利于阵列应用。本实用新型采用PIMNT弛豫铁电单晶晶片作为有源材料，PIMNT弛豫铁电单晶材料相较于传统压电陶瓷具有优异的压电性能，可以提升矢量水听器的灵敏度，且不会增大矢量水听器的体积，采用该有源材料制备的弯曲梁结构低频灵敏度高，横向灵敏度抑制效果好。

图2为本实用新型弯曲梁加速度计的一个结构示意图，如图2所示，梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片12的非粘结面引出正极引线16和负极引线17， 2片PIMNT弛豫铁电单晶晶片12的极化方向相反，如图7所示，同时在弯曲梁基座11上还设置有走线孔18，便于包含正负极引线的电缆通过，在弯曲梁基座11的侧边还可以设置有测试螺纹孔15，便于测试性能时安装工装。

图1为本实用新型一个实施例的爆炸图、图3为沿弯曲梁基座对角线方向的剖面图、图4为沿弯曲梁基座中线方向的剖面图。如图1、图3和图4 所示，本实用新型矢量水听器的弯曲梁加速度计为2个，分别为第一弯曲梁加速度计和第二弯曲梁加速度计，第一弯曲梁加速度计设置在矢量水听器的上部，所述第二弯曲梁加速度计设置在矢量水听器的下部，第一弯曲梁加速度计的第一梯形弯曲梁131与第二弯曲梁加速度计的第二梯形弯曲梁132相对且正交设置。即两个弯曲梁加速度计的敏感方向相向设置，此处的敏感方向指的是粘附了梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片的梯形弯曲梁的方向，同时两敏感方向还需正交设置。

如图1、图3和图4所示，本实用新型还包括调理电路3和压电陶瓷环，调理电路3设置于第一梯形弯曲梁131和第二梯形弯曲梁132之间，用于信号的处理，压电陶瓷环为2个，分别为第一压电陶瓷环21和第二压电陶瓷环 22，第一压电陶瓷环21套设于第一梯形弯曲梁131外侧，第二压电陶瓷环22套设于第二梯形弯曲梁132外侧，此处的2个压电陶瓷环既可以作为声压通道，同时还可以在整个结构中起到支撑作用。

如图1、图3和图4所示，本实用新型还包括支撑杆4，支撑杆4设置于第一弯曲梁加速度计的第一弯曲梁基座111和第二弯曲梁加速度计的第二弯曲梁基座112之间，第一第二弯曲梁加速度计通过支撑杆4支撑、定位空间，支撑杆4可以选用金属材质，可以采用在弯曲梁基座上设置支撑杆过孔14，用于将支撑杆4固定在两个弯曲梁基座之间，支撑杆4及支撑杆过孔14的数量可以根据需要设置，可以为2个、3个、4个等，同时也可以采用其它方式将支撑杆4设置于两弯曲梁基座之间，此处不做限制。

本实用新型还可以包括环氧玻璃微珠支撑组件，对整个结构起到支撑作用，如图1所示环氧玻璃微珠支撑组件包括第一支撑帽51、第一支撑环52、第二支撑环53、第三支撑环54和第二支撑帽55，图3和图4清楚的示出该环氧玻璃微珠支撑组件的位置关系，第一支撑环52设置于第一压电陶瓷环 21和第一弯曲梁基座111之间；第二支撑环53套设于调理电路3外侧；第三支撑环54设置于第二压电陶瓷环22和第二弯曲梁基座112之间；第一支撑帽51设置于第一弯曲梁基座111上端，包裹部分第一弯曲梁基座111；第二支撑帽55设置于第二弯曲梁基座112下端，包裹部分第二弯曲梁基座112。

同时在第二支撑帽55上还可以设置通孔56，用于电缆的穿过。

在整个矢量水听器的外部，还包裹有壳体6，该壳体6一般选用聚氨酯胶层。

本实用新型还公开了一种矢量水听器单元，包括悬挂装置7和上述任一种矢量水听器，如图5所示，该悬挂装置7为在矢量水听器外侧对称设置的泡沫材料。本实用新型的矢量水听器单元以泡沫材料作为弹性悬挂装置，形成圆周对称的外形结构，相比传统的弹簧、橡皮筋悬挂形成的复杂的外接口结构，更加方便阵列应用。

图6为本实用新型的一种阵列形式，阵列固定结构8连接在悬挂装置7 上下两侧，阵列固定结构8左右两侧设置有充油电缆护套9，从图6中可以看出采用泡沫材料悬挂装置的矢量水听器单元，阵列应用更加简单。

上面虽然结合实施例对本实用新型做出了详细的说明，但是所述技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，在权利要求保护的范围内，还可以对上述实施例进行变更或改变等。

Claims (10)

1.一种矢量水听器，包括弯曲梁加速度计，其特征在于：所述弯曲梁加速度计包括弯曲梁基座(11)和2片梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片(12)，所述弯曲梁基座(11)中间设置有梯形弯曲梁(13)，所述2片梯形PIMNT弛豫铁电单晶晶片(12)粘附于所述梯形弯曲梁(13)的两侧。

2.根据权利要求1所述的矢量水听器，其特征在于：所述弯曲梁加速度计为2个，分别为第一弯曲梁加速度计和第二弯曲梁加速度计，所述第一弯曲梁加速度计设置在矢量水听器的上部，所述第二弯曲梁加速度计设置在矢量水听器的下部，所述第一弯曲梁加速度计的第一梯形弯曲梁(131)与所述第二弯曲梁加速度计的第二梯形弯曲梁(132)相对且正交设置。

3.根据权利要求2所述的矢量水听器，其特征在于：还包括调理电路(3)，所述调理电路(3)设置在所述第一梯形弯曲梁(131)和所述第二梯形弯曲梁(132)之间。

4.根据权利要求2或3所述的矢量水听器，其特征在于：还包括压电陶瓷环，所述压电陶瓷环为2个，分别为第一压电陶瓷环(21)和第二压电陶瓷环(22)，所述第一压电陶瓷环(21)套设于第一梯形弯曲梁(131)外侧，所述第二压电陶瓷环(22)套设于第二梯形弯曲梁(132)外侧。

5.根据权利要求2或3所述的矢量水听器，其特征在于：还包括支撑杆，所述支撑杆(4)设置在第一弯曲梁加速度计的第一弯曲梁基座(111)和第二弯曲梁加速度计的第二弯曲梁基座(112)之间。

6.根据权利要求4所述的矢量水听器，其特征在于：还包括环氧玻璃微珠支撑组件，所述环氧玻璃微珠支撑组件包括第一支撑帽(51)、第一支撑环(52)、第二支撑环(53)、第三支撑环(54)和第二支撑帽(55)，

所述第一支撑环(52)设置在第一压电陶瓷环(21)和第一弯曲梁基座(111)之间；

所述第二支撑环(53)套设于调理电路(3)外侧；

所述第三支撑环(54)设置在第二压电陶瓷环(22)和第二弯曲梁基座(112)之间；

所述第一支撑帽(51)设置在第一弯曲梁基座(111)上端，包裹部分第一弯曲梁基座(111)；

所述第二支撑帽(55)设置在第二弯曲梁基座(112)下端，包裹部分第二弯曲梁基座(112)。

7.根据权利要求5所述的矢量水听器，其特征在于：所述弯曲梁加速度计的弯曲梁基座上设置有支撑杆过孔(14)，用于固定支撑杆(4)。

8.根据权利要求6所述的矢量水听器，其特征在于：还包括电缆，所述第二支撑帽(55)下端设置有通孔(56)，用于电缆穿出。

9.根据权利要求1所述的矢量水听器，其特征在于：还包括壳体(6)，所述壳体(6)为聚氨酯胶层。

10.一种矢量水听器单元，包括悬挂装置(7)和如权利要求1～9任一所述的矢量水听器，其特征在于：所述悬挂装置(7)为对称设置在矢量水听器外侧的泡沫材料。

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