一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器的制作方法

本技术涉及一种换能器，具体的是涉及一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，属于水声换能器。

背景技术：

1、水声换能器作为各类声呐设备的“耳目”，可以实现水下声波的发射与接收。随着吊放声呐、拖曳声呐、水下无人潜航器搭载声呐等多种声学设备在水下目标探测领域的广泛应用，各类水下载体所搭载的声学换能器的探测能力提出了新的要求，其中探测角度范围是描述水声探测设备能力的关键指标之一。为了快速获取较大的探测扇面，在水声换能器的指向性设计上需满足一定要求。而且要提高声学探测设备使用的便捷性，换能器正朝着小型化发展。

2、要使换能器在空间上形成一定指向性，水声换能器技术领域常规的手段是设计具有某种结构特征的声学障板，通过声波的吸收、反射，实现换能器在空间呈一定的指向性特征。申请公布号为cn112153543a的发明专利，提供了一种半空间辐射高频宽带换能器，包括压电陶瓷球壳、反声障板和调谐电路。该专利采用声障板技术，通过将反射面的延长线与压电陶瓷球壳球心的距离为工作频率波长的0.25倍，实现指向性角度约为180度的半空间声波辐射，并消除指向性波束中间的明显凹谷。

3、声障板技术属于本领域较常用的技术手段，该方法可以广泛用于各种中频、高频水声换能器的指向性调控。但是该方法存在的主要不足在于，声障板的结构特征和尺寸一旦确定，仅能对一定频率范围内(甚至单频点)的辐射声场调控,如cn112153543a专利所述的设计声障板特征尺寸与工作频率波长的0.25倍关联，这也是声障板技术的局限性所在。此外，声障板调控的方法存需要占用换能器本身额外的空间。特别是在频率较低的情况下，要通过声障板调整换能器某个方向的指向性，往往声障板的尺寸和重量都远大于换能器本身，在使用便捷性上存在严重不足。

4、因此，需研制一种在不增加换能器尺寸的前提下，在空间上呈弱指向性特征，且指向性特征覆盖频率范围较大的水声发射换能器，是解决上述技术问题的关键所在。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在的诸多缺陷与不足，本实用新型对此进行了改进和创新，目的在于提供一种用于水下目标探测的多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，能够实现辐射声场具有弱指向性特征，达到发送响应高，通用性好。

2、本实用新型另一个发明目的是球壳换能器上设有预应力层，可有效提高球壳换能器的大功率耐受能力。

3、为解决上述问题并达到上述的发明目的，本实用新型一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器是通过采用下列的设计结构以及采用下列的技术方案来实现的：

4、作为本实用新型一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器的改进，它包括：

5、第一压电半球壳(1)，第一压电半球壳(1)顶部开设有第一压电半球壳开口；

6、第二压电半球壳(2)，第二压电半球壳(2)底部开设有第二压电半球壳通口，第二压电半球壳(2)和第一压电半球壳(1)连接成压电球壳；

7、预应力层(3)，预应力层(3)设置在压电球壳的外侧；

8、防水透声层(4)，防水透声层(4)设置在预应力层(3)外侧，防水透声层(4)的一端连接有安装座(5)；

9、中心杆(6)，中心杆(6)连接在安装座(5)上，并位于第一压电半球壳开口和第二压电半球壳通口上；

10、其中，第二压电半球壳(2)通过连接线(7)与水密电缆(8)连接。

11、作为本实用新型上述的改进，所述第一压电半球壳开口的一侧还连接有前隔振垫(9)；

12、所述第二压电半球壳通口的一侧还连接有后隔振垫(10)；

13、其中，前隔振垫(9)和后隔振垫(10)用于实现压电球壳与中心杆(6)之间的定位安装，前隔振垫(9)和后隔振垫(10)还起隔振去耦作用。

14、作为本实用新型上述的进一步改进，所述安装座(5)与防水透声层(4)的连接端为齿状环形槽结构；所述安装座(5)的非连接端外壁还设有螺纹结构和密封槽，密封槽内连接有密封圈(11)。

15、作为本实用新型上述的更进一步改进，所述密封槽设置在螺纹结构的上方；

16、所述安装座(5)采用耐腐蚀性金属材料制成，表面采用喷丸处理。

17、作为本实用新型上述的又进一步改进，所述第一压电半球壳(1)和所述第二压电半球壳(2)粘接形成压电球壳，其中，第一压电半球壳(1)和第二压电半球壳(2)为并联连接，且极化方向均相同，在变化电压作用下压电球壳产生振动以向外辐射声波。

18、作为本实用新型上述的再进一步改进，所述第一压电半球壳(1)和所述第二压电半球壳(2)分别为不同压电应变常数的材料制成，其中，第一压电半球壳(1)和第二压电半球壳(2)的材料压电应变常数值的差异对球壳换能器的指向性呈正相关的影响关系，即差异越大，指向性越明显；反之亦然。

19、作为本实用新型上述的再更进一步改进，所述预应力层(3)是通过在压电球壳外表面采用预应力设备缠绕纤维以施加预应力，并在压电球壳表面涂覆环氧树脂系胶结剂，待固化后形成。

20、作为本实用新型上述的又再更进一步改进，所述防水透声层(4)由透声橡胶密封在预应力层(3)外表面形成一个整体呈一端设有开口的球形结构，且在开口处向外延伸设有用于连接安装座(5)的连接部。

21、作为本实用新型上述的又再更加进一步改进，所述中心杆(6)整体呈两端开口、中空的圆柱状结构；

22、所述水密电缆(8)一端依序穿过安装座(5)和中心杆(6)的内腔分别与第二压电半球壳(2)上的正、负极连接线(7)相连接，另一端还连接有电接插件(12)。

23、作为本实用新型上述的还更加进一步改进，所述中心杆(6)与安装座(5)和第二压电半球壳通口以及第一压电半球壳开口同轴设置。

24、本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是：

25、1、本实用新型将具有不同压电应变常数的压电材料组合成球壳换能器，利用压电换能器的发送电压响应与压电应变常数正相关的物理关系，实现球壳换能器的辐射声场在空间呈弱指向性特征，一定条件下可以增大波束宽度，提高声波覆盖范围；

26、2、本实用新型的球壳换能器上采用了预应力层，可有效提高球壳换能器的大功率耐受能力；

27、3、本实用新型具有发送电压响应高、通用性好等优点。

技术特征：

1.一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，它包括：

2.根据权利要求1所述的一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，所述第一压电半球壳开口的一侧还连接有前隔振垫(9)；

3.根据权利要求1所述的一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，所述安装座(5)与防水透声层(4)的连接端为齿状环形槽结构；所述安装座(5)的非连接端外壁还设有螺纹结构和密封槽，密封槽内连接有密封圈(11)。

4.根据权利要求3所述的一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，所述密封槽设置在螺纹结构的上方；

5.根据权利要求1所述的一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，所述第一压电半球壳(1)和所述第二压电半球壳(2)粘接形成压电球壳，其中，第一压电半球壳(1)和第二压电半球壳(2)为并联连接，且极化方向均相同，在变化电压作用下压电球壳产生振动以向外辐射声波。

6.根据权利要求1所述的一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，所述第一压电半球壳(1)和所述第二压电半球壳(2)分别为不同压电应变常数的材料制成，其中，第一压电半球壳(1)和第二压电半球壳(2)的材料压电应变常数值的差异对球壳换能器的指向性呈正相关的影响关系，即差异越大，指向性越明显；反之亦然。

7.根据权利要求1所述的一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，所述预应力层(3)是通过在压电球壳外表面采用预应力设备缠绕纤维以施加预应力，并在压电球壳表面涂覆环氧树脂系胶结剂，待固化后形成。

8.根据权利要求1所述的一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，所述防水透声层(4)由透声橡胶密封在预应力层(3)外表面形成一个整体呈一端设有开口的球形结构，且在开口处向外延伸设有用于连接安装座(5)的连接部。

9.根据权利要求1所述的一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，所述中心杆(6)整体呈两端开口、中空的圆柱状结构；

10.根据权利要求1所述的一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，其特征在于，所述中心杆(6)与安装座(5)和第二压电半球壳通口以及第一压电半球壳开口同轴设置。

技术总结本技术公开一种多类型功能材料组合式弱指向性球壳换能器，包括：第一压电半球壳，第一压电半球壳顶部开设有第一压电半球壳开口；第二压电半球壳，第二压电半球壳底部开设有第二压电半球壳通口，第二压电半球壳和第一压电半球壳连接成压电球壳；预应力层，预应力层设置在压电球壳的外侧；透声橡胶层，透声橡胶层设置在预应力层外侧，透声橡胶层的一端连接有安装座；中心杆，中心杆连接在安装座上，并位于第一压电半球壳开口和第二压电半球壳通口上；其中，第二压电半球壳通过连接线与水密电缆连接。本技术能够实现辐射声场具有弱指向性特征，达到发送响应高，通用性好。技术研发人员：张希,沈国栋,熊翰林,赵勰,段炼,陈诚,朱林泳受保护的技术使用者：昆明船舶设备研究试验中心（中国船舶集团有限公司七五〇试验场）技术研发日：20231008技术公布日：2024/5/6