CN85200264U - 多层平面的压电薄膜水听器 - Google Patents

Abstract

多层平面的压电薄膜水听器，是一种水下测声传感装置。本实用新型的探头截面尺寸接近λ/2，并用针管状结构支撑，以符合自由声场条件。探头由聚偏氟乙烯压电薄膜，不锈钢基底，半球形金属焊块及强吸声块等多层平面组成。此此结构可应用λ/4振型提高了灵敏度，并能抑制各高阶谐波。尤其在100KHZ至500KHZ频段内可获得高灵敏度和平坦的频响特性。

Description

本发明是一种水下测声传感装置，特别适合于100KHZ－500KHZ频段的水听器，並适合于水下超声窄脉冲波形的接收。

现有的压电薄膜水听器其探头只有一层防水层和压电薄膜层按功能分水声及医疗超声两类。前者均用大体积板弯曲型结构，只适合于100KHZ以下频段〔参阅美国“声学仪器展望”（PROCINST.ACOUSTICS，№4，1984）〕；后者均用圆环框架点式水听器，采用λ／2振型，只适合于0.5－15MHZ频段〔参阅“英国电气工程师协会”杂志（IEEE.PROCEEDINGS～A，№4，1984）〕。以上两类均无法兼顾100KHZ－500KHZ频段工作。

本发明的任务是提出一种靠针管支撑的多层平面薄膜探头结构，以解决100KHZ－500KHZ内自由场平坦接收的高灵敏的压电薄膜水听器。

本发明的任务是运用以下原理：探头截面尺寸接近λ／2（λ是工作频率），同时由针管状结构支撑，以符合自由声场条件。探头由一张直径5.6mm、厚30－50μm的聚偏氟乙烯压电薄膜，贴到相同直径厚300μm的不锈钢基底上，受声波策动时，出现λ／4振型。在同频段内λ／4振型比λ／2振型灵敏度高3dB，前者理论灵敏度为

$\mathrm{M=}\frac{\mathrm{2h}}{{\mathrm{j\; \omega \; C}}_O}｛\frac{1}{Z_W{\mathrm{(1-jZ}}_O{\mathrm{/Z}}_W\mathrm{)cot(ke)}}｝$

式中h为压电常数；j为 $\sqrt{\mathrm{-1}}$ ；ω为角频率；C_O为静态电容；Z_W及Z_O分别为水介质及薄膜的声阻抗率；k为薄膜中的波数；l为薄膜厚度。

膜厚30μm，由上式计算，灵敏度M在17MHZ至低频，起伏小于6dB。但是，本不锈钢基底並非完全刚体，在周界固定条件下，有：

$f_n=\frac{{\mu }^2{}_{n}L}{\mathrm{2\pi a}}\sqrt{\frac{E}{{\mathrm{3\rho (1-\sigma }}^2)}}$

式中μ₁＝3.20，μ₂＝6.30，μ₃＝9.44，……，当n＞3，μ_n＝nπ。E、σ、ρ、a及L分别为钢基底的扬氏模量、泊松比、密度、半径及厚度。

一个半球形金属焊块（φ2mm）〔10〕及强吸声块〔9〕敷设在基底背面，抑制各高阶谐波峰值，平坦了频响特性。薄膜正、负极性间的平坦灵敏度频响电压，经过后壳体〔3〕内的MOS集成阻抗变换和放大器，实现良好的电能传输。

本发明水听器电缆末端的自由场电压接收灵敏度为－210dB±1.6dB（odB＝1V／1μρa），性能稳定可靠。

以下将结合附图对发明作进一步的详细描述。

图1是本发明的总体结构纵向剖面图；图2是探头具体结构的纵向剖面图。

参照图1，一个换能器探头〔1〕将声波讯号转变成电讯号，探头由针管支撑固定，並通过针管引导线，将电讯号输送到MOS集成放大电路〔3〕，在电缆末端供给放大了的无畸变的电压频响。透声的防水层〔4〕保障声端水密可靠；上电极〔5〕与留有ρ有效＝5.4mm孔的外壳〔11〕靠机械紧配压接触，接地后构成电屏蔽，並引作负电极；聚偏氟乙烯压电薄膜〔6〕实现声电转换，粘合层密合高，低两声阻抗层，保障电、声耦合和λ／4振型实施；0.3mm厚的不锈钢圆盘下电极〔8〕与不锈钢外壳一起控制探头的有效接收声波面积；由室温硅橡胶H₂706与铈钨粉按1：5重量比匀拌的强声吸收衬填块〔9〕及半圆球金属焊块〔10〕抑制了高次谐频峰值和其它声干涉，造成平坦频响。

Claims (4)

1、一个由换能器探头[1]，支撑探头的支架[2]和放大电路[3]组成的压电薄膜水听器，其特征在于：换能器探头用多层平面，其支架采用针状结构。

2、根据权利要求1所述的水听器，其特征是所说的多层平面指防水层〔4〕、上电极〔5〕、聚偏氟乙烯压电薄膜〔6〕、粘合层〔7〕、下电极〔8〕、声吸收背衬〔9〕，还有一半圆球金属焊块〔10〕。

3、根据权利要求2所述的水听器，其特征是下电极采用0.3mm厚的不锈钢圆盘。

4、根据权利要求2所述的水听器，其特征在于声吸收背衬由硫化硅橡胶H₂706粘合剂与铈钨粉按1：5重量比均匀混拌而成。

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