CN216752076U - 一种复合水声换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种复合水声换能器，包括：透声层；吸声层，其与所述透声层连接；换能器，其设置于透声层及吸声层形成的结构的内部，所述换能器包括辐射部、压电晶堆及质量块，其中，所述辐射部及所述质量块分别位于所述压电晶堆的两侧，并且所述辐射部的声阻抗小于所述质量块的声阻抗；以及声阻抗匹配层，其耦接并对应于所述换能器的辐射部。

Description

一种复合水声换能器

技术领域

本实用新型涉及一种复合水声换能器。

背景技术

目前，在水声换能器领域，按用途主要可将换能器分为三大类，即发射型换能器、接收型换能器以及收发一体型换能器。

发射型换能器主要作用是向水下目标发射声波信号；接收型换能器主要作用是接收来自目标反射或释放的声波信号；收发一体型换能器则集合了上述两类换能器的功能为一体，既能向目标发射声波信号，也能接收来自目标的声波信号，故应用范围更为广泛。

目前在水声换能器领域，针对发射型换能器，为了获得较好的远场辐射性能，故在设计时往往选择较高Q值的换能材料和结构，而针对接收型换能器，为了获得较好的信号灵敏度，却需要较低Q值的设计性能。因此，就导致了无法兼顾的状态。针对收发一体型换能器的设计也往往只能考虑单方面性能为主，另一个方面性能需要进行一定的技术让步。随着应用场景的限制性要求愈发明显，目前的一般应该场景需要安装多套不同应用倾向的系统，以满足不同的使用要求。这也将进一步导致了整个系统的集约化和兼容性劣化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的复合水声换能器。

本实用新型实施例解决上述问题所采用的技术方案是：一种复合水声换能器，其特征在于，包括：

透声层；

吸声层，其与所述透声层连接；

换能器，其设置于透声层及吸声层形成的结构的内部，所述换能器包括辐射部、压电晶堆及质量块，其中，所述辐射部及所述质量块分别位于所述压电晶堆的两侧，并且所述辐射部的声阻抗小于所述质量块的声阻抗；以及

声阻抗匹配层，其耦接并对应于所述换能器的辐射部。

本实用新型实施例所述压电晶堆包括电极及多组压电片，多组所述压电片叠置，所述电极与所述压电片配合。

本实用新型实施例所述声阻抗匹配层的声阻抗小于辐射部的声阻抗。

本实用新型实施例所述声阻抗匹配层包括压电材料及高分子材料，所述压电材料和所述高分子材料复合而成。

本实用新型实施例所述声阻抗匹配层的厚度方向上形成引出电极。

本实用新型实施例所述声阻抗匹配层通过树脂与所述换能器紧密结合，且所述树脂的厚度小于0.5mm。

本实用新型实施例所述换能器设置有多组，且多组所述换能器阵列设置，相邻所述换能器之间至少填充有所述吸声层。

本实用新型实施例至少一部分所述声阻抗匹配层设置于所述透声层内，且所述透声层构成所述换能器的声窗口。

本实用新型实施例所述透声层为所述换能器向外辐射声能量的声窗口，且所述透声层的的声阻抗小于所述声阻抗匹配层的声阻抗。

本实用新型实施例所述辐射部的声阻抗为20MRayl～30MRayl，所述质量块的声阻抗为40MRayl～50MRayl。

本实用新型与现有技术相比，具有以下一条或多条优点或效果：结构简单，设计合理；将不同技术特性的换能器或换能材料进行整合设计，从而形成一种技术指标相互兼顾的复合水声换能器，从而在满足多种应用场景的条件前提下，也提升了系统的集约化和兼容性。

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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中的复合水声换能器的立体结构示意图。

图2是换能器的主视结构示意图。

图3是换能器的立体结构示意图。

图4是声阻抗匹配层的侧视图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于下面所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。下文中关于方向如“轴向方向”、“上方”、“下方”等均是为了更清楚的表明结构位置关系，并非对本实用新型的限制。在本实用新型中，所述“垂直”、“水平”、“平行”定义为：包括在标准定义的基础上±10％的情形。例如，垂直通常指相对基准线夹角为90度，但在本实用新型中，垂直指的是包括80度至100以内的情形。

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

参见图1至图4，本实施例的复合水声换能器3，包括透声层1、吸声层2、换能器3和声阻抗匹配层4。

本实施例中的吸声层2，其与所述透声层1连接。吸声层2主要起到吸收换能器3发射状态转换到接收状态时的多余震动(余震)，提高换能器3整体接收灵敏度。而透声层1起到第二层声阻抗匹配层的作用，并兼顾对内部的换能器3的保护和密封作用。

本实施例中的换能器3为大功率的换能器，并作为大功率发射声源，提供了水声换能器在主动模式下的高声压信号输出的发射型换能器，并兼顾中频段的接收状态下的接受型换能器。换能器3设置于透声层1及吸声层2形成的结构的内部，所述换能器3包括辐射部31、压电晶堆32及质量块33，其中，所述辐射部31及所述质量块33分别位于所述压电晶堆32的两侧，并且所述辐射部31的声阻抗小于所述质量块33的声阻抗。其中，本所述辐射部31的声阻抗为20MRayl～30MRayl，所述质量块33的声阻抗为40MRayl～50MRayl。具体的，辐射部31采用声阻抗为20MRayl～30MRayl的轻质金属材料，而质量块采用声阻抗为40MRayl～50MRayl的高密度金属材料。

一些实施例中，换能器也可采用其它结构，比如电磁式或静电式结构，此处不再赘述。

本实施例中的声阻抗匹配层4，其耦接并对应于所述换能器3的辐射部31。声阻抗匹配层4与换能器3一一对应配置。

本实施例所述压电晶堆32包括电极321及多组压电片322，多组所述压电片322叠置，所述电极321与所述压电片322配合。多组压电片322之间通过紧固件(如螺钉)或胶进行连接，并形成一定的预制应力固定于前后的电极321之间。电极321为金属片，且将压电片322上的电极向外部引出。换句话讲，电极321的至少一部分露于换能器3的外部。

本实施例所述声阻抗匹配层4的声阻抗小于辐射部31的声阻抗。声阻抗匹配层4作为第一层声阻抗匹配层，其声阻抗控制在5MRayl～10MRayl的范围内。

本实施例所述声阻抗匹配层4包括压电材料及高分子材料，所述压电材料和所述高分子材料复合而成。具体的，声阻抗匹配层4是压电材料与高分子材料通过现有技术中的复合工艺制成的多相材料，其中，压电材料选取低Q值的压电陶瓷材料，并且通过与高分子材料复合后进一步降低整体的Q值水平。并且，通过高分子材料的复合工艺也可调整降低整体的声阻抗水平。

本实施例中，压电材料采用锆钛酸铅系陶瓷颗粒材料，而高分子材料采用氯丁橡胶材料。

本实用新型实施例所述声阻抗匹配层4的厚度方向上形成引出电极43。具体的，声阻抗匹配层4通过蒸镀或喷涂等方式于声阻抗匹配层4的厚度方向上的其中两个表面形成引出电极43，最后通过极化方式最终形成具有压电性能的复合压电材料。

一些实施例中，声阻抗匹配层4还可采用现有技术种的其他结构的敏感元件。

本实施例所述声阻抗匹配层4通过树脂与所述换能器3紧密结合，且所述树脂的厚度小于0.5mm。声阻抗匹配层4通过硬树脂胶结的方式与换能器3的辐射部31相互连接，连接部位应设置同尺寸绝缘片。另外，树脂需要进行除泡，避免气泡影响声波传递。

本实施例所述换能器3设置有多组，且多组所述换能器3阵列设置，相邻所述换能器3之间至少填充有所述吸声层2。吸声层2起到相邻换能器3之间的去耦作用。本实施例中，吸声层2主要采用具有较高阻尼效果的聚氨酯树脂材料作为主基材，并在树脂内添加一定量无机非金属材料形成，同时考虑到原材料易获取以及成本，本实施例的吸声层2选择粒径小于1μm的硅微粉作为填充剂，并按照总体积的20％～45％进行填充制备获得吸声材料，并利用吸声材料在尚未固化时的流动性填充换能器之间的所有缝隙，以形成良好的吸声效果。

本实施例中的换能器3之间通过硬质聚氨酯发泡树脂固定连接，使用硬质聚氨酯发泡树脂可起到换能器3之间的去耦和连接作用。一些实施例中，换能器3之间也可以用其它合适的去耦材料进行连接固定。

本实施例至少一部分所述声阻抗匹配层4设置于所述透声层1内，且所述透声层1构成所述换能器3的声窗口。透声层1除作为换能器3向外辐射声能量的声窗口，还起到保护内部换能器3元件的作用。透声层1通采用具备低声阻，高耐候，高抗压缩的材料构成。具体的，本实施例选择声阻抗为2MRayl的氯丁橡胶作为透声层1材料。

本实用新型实施例所述透声层1为所述换能器3向外辐射声能量的声窗口，且所述透声层1的的声阻抗小于所述声阻抗匹配层4的声阻抗。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合水声换能器，其特征在于，包括：

透声层；

吸声层，其与所述透声层连接；

换能器，其设置于透声层及吸声层形成的结构的内部，所述换能器包括辐射部、压电晶堆及质量块，其中，所述辐射部及所述质量块分别位于所述压电晶堆的两侧，并且所述辐射部的声阻抗小于所述质量块的声阻抗；以及

声阻抗匹配层，其耦接并对应于所述换能器的辐射部。

2.根据权利要求1所述的复合水声换能器，其特征在于：所述压电晶堆包括电极及多组压电片，多组所述压电片叠置，所述电极与所述压电片配合。

3.根据权利要求1所述的复合水声换能器，其特征在于：所述声阻抗匹配层的声阻抗小于辐射部的声阻抗。

4.根据权利要求3所述的复合水声换能器，其特征在于：所述声阻抗匹配层包括压电材料及高分子材料，所述压电材料和所述高分子材料复合而成。

5.根据权利要求3或4所述的复合水声换能器，其特征在于：所述声阻抗匹配层的厚度方向上形成引出电极。

6.根据权利要求3或4所述的复合水声换能器，其特征在于：所述声阻抗匹配层通过树脂与所述换能器紧密结合，且所述树脂的厚度小于0.5mm。

7.根据权利要求1所述的复合水声换能器，其特征在于：所述换能器设置有多组，且多组所述换能器阵列设置，相邻所述换能器之间至少填充有所述吸声层。

8.根据权利要求1所述的复合水声换能器，其特征在于：至少一部分所述声阻抗匹配层设置于所述透声层内，且所述透声层构成所述换能器的声窗口。

9.根据权利要求1或8所述的复合水声换能器，其特征在于：所述透声层为所述换能器向外辐射声能量的声窗口，且所述透声层的声阻抗小于所述声阻抗匹配层的声阻抗。

10.根据权利要求1所述的复合水声换能器，其特征在于：所述辐射部的声阻抗为20MRayl～30MRayl，所述质量块的声阻抗为40MRayl～50MRayl。

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