深水气压补偿弯曲盘换能器定深充气泄气系统及工作方法与流程

本发明属于换能器，尤其涉及一种深水气压补偿弯曲盘换能器定深充气泄气系统及工作方法。

背景技术：

1、弯曲类换能器由于其自身结构刚度低的特性，导致耐水压能力十分有限，对于深水使用而言必须使用压力补偿技术。压力补偿技术中对于弯曲盘换能器性能影响最小的方式为气压补偿，内部气压与外部水压在大水深下保持相对平衡难度大，易发生压溃现象。目前气压补偿技术相较于换能器本身而言，发展较为滞后，采用实时充气的方法，常常选择降低布放回收速度的方法提高安全性。

2、随着水下声学技术的高速发展，对水下声信号的发射和接收设备提出了更高的要求。尤其是对于低频发射换能器，其最大工作深度和声源级指标备受关注。目前对于超低频换能器而言，由于其自身工作频率低，使得其刚度较小，抵抗静水压能力弱，于深水工作能力先天不足。针对该问题，将会想到向其内部充气，以气压补偿的方式达到深水使用的目的，而此时，气压补偿下的弯曲盘换能器工作深度转为其自身抵抗内压、外压的能力。通常超低频弯曲盘发射换能器往往只能抵抗30-40m水深的压差，应用时还要留出一定的安全余量，对于千米水深以上的换能器而言，精准控制该压差阈值范围内具有危险性。

3、在cn114183324b专利中，提到的换能器气压补偿系统为通过实时监测换能器内部气压和外部水压进行压差监测，该方案在应用过程中使用实时气压充气泄气的方法，该方法在布放回收过程需要放缓速度以确保设备安全的目的。

4、在cn112558649b专利中，提到一种换能器通过水下气源充气泄气达到压力平衡方法，可实现浅水的换能器气压补偿。

5、在cn114183324b专利中，换能器不足之处为布放过程需要放缓速度以确保压力动态平衡，速度过快将导致设备机械性损坏，以目前的速度估计，若目标深度1000m，至少要耗费2.5h以上的时间。在cn112558649b专利中，提到一种换能器通过水下气源充气泄气达到压力平衡方法，该方法只能用于浅水，且对于气量要求较大的大尺寸换能器，使用起来并不适合。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种将弯曲类换能器内部空气腔在未抵达工作深度时让海水流入规避气压补偿，待换能器到达指定工作深度后，可通过利用不同介质密度差完成空气腔水下充气和排水，可大幅提高换能器布放回收速度，且过程中设备安全无风险的深水气压补偿弯曲盘换能器定深充气泄气系统及工作方法。

2、本发明的技术方案如下，一种深水气压补偿弯曲盘换能器定深充气泄气系统，包括船舶、自动气压补偿设备、绞车、气电复合缆、气电转接仓、气压补偿弯曲盘发射换能器、排气盒，所述自动气压补偿设备内置信号源、功率放大器和处理器，所述气电复合缆和气电转接仓通过接头相连，所述气电转接仓和气压补偿弯曲盘发射换能器通过承力气缆和电缆分别相连，所述气压补偿弯曲盘发射换能器和排气盒有气缆和承力绳分别相连，所述气电转接仓和排气盒有电缆连接。

3、优选地，所述气电转接仓为将气电复合缆中的气和电独立通过接口分成两个仓，其中气电转接仓和排气盒的气仓分别接入一个电磁阀，可通过控制电磁阀的开关来控制气的进出。

4、优选地，所述弯曲盘发射换能器的顶部为气电转接仓分离出的独立的可承力电缆和可承力气缆，分别通过接头接入换能器内腔，内腔中含有多根水密电缆，该些水密电缆可对换能器两侧的压电陶瓷施加电压信号，也可实时传出压力传感器的外静水压和内部气腔压力两通道数据。。

5、优选地，所述承力绳承受排气盒重力，其作用为拉动排气盒，接入拉力传感器可实时监测其水下重量，气缆无承力作用，所述拉力传感器的数据通过气电转接仓与排气盒之间的电缆上传数据，可由水下重量数据观测是否换能器内腔完成充气状态。

6、优选地，所述气缆和承力绳连接排气盒，其中气缆需要接入到排气盒中的气仓，换能器顶部装有排气阀，可通过控制系统经由水密缆控制其开闭。

7、优选地，所述自动气压补偿设备有气泵、3个气瓶、处理器，气泵选用市面30mpa气压值款，预先向3个极限承压30mpa的50l高压气瓶充气至10mpa，处理器作用为可将深度传感器数据实时提取分析和可调节电磁阀开关，深度传感器以2hz的频率输出信号，并将信号通过电缆实时上传。

8、优选地，高压软管为外径4英寸铠装软管，最大抗内压爆破载荷为25mpa。

9、优选地，气电转接仓和排气盒有电缆连接之间的间距为3m左右。

10、一种深水气压补偿弯曲盘换能器定深充气泄气系统的工作方法，开始工作时，气电分离仓电磁阀提前关闭，通过自动气压补偿设备中的处理器，控制排气盒电磁阀开启，通过绞车布放气电混合缆开始布放换能器；

11、随水深变化，水将从排气盒电磁阀自下而上逆流，通过排气盒的气仓流入到换能器的内腔中，换能器内腔的空气无法排出，会压缩成高压气体，压强与水压产生自平衡效果，换能器辐射面内外压力平衡；

12、当换能器到达指定深度时，通过通过自动气压补偿设备中的处理器，控制气电转接仓电磁阀开启，由于高压气体的密度小于水，气体与液体会分层且其气体处于上层空间，则换能器中流入的海水会被加入的高压气从原路径挤出气腔；

13、通过实时监测拉力传感器的变化，确认气体完全占据换能器内腔后，排气盒水下重力开始变化，此时拉力传感器值会减少，无需排空排气盒中的水就可以关闭排气盒电磁阀，换能器可开始工作；

14、当换能器需回收时，通过自动气压补偿设备中的处理器，控制气电转接仓中换能器中的电磁阀关闭，然后控制气电转接仓中换能器中和排气盒的电磁阀开启，气电复合缆中的气体与换能器独立开，释放换能器中的气并充满水，充水后则可将换能器通过绞车快速提出水面。

15、本发明的原理如下：关闭气电转接仓中的电磁阀，打开排气盒的电磁阀，在保证换能器内腔的空气与气电复合缆的空气隔离开，再利用绞车将弯曲盘换能器布放至指定深度，此时海水可逆向回流到换能器的气路中，同时压缩空气。该过程内外压力是自平衡的，无需人工操作，可通过深度传感器上传的数据，利用换能器重力快速布放到指定位置。此时再将气路中的压强升至与换能器水压相同，打开气电转接仓和排气盒中的电磁阀，完成换能器内腔进气和排水，通过排气盒与换能器中间相连的重力传感器确认排水完成后，关闭排气盒中的电磁阀，换能器具备工作状态。需回收时，将气电转接仓电磁阀关闭，排气盒和换能器中的电磁阀开启，则可以完成换能器内腔充水，实现压力自平衡保证其安全性，具备快速回收能力。

16、本发明有益效果如下：将弯曲类换能器内部空气腔在未抵达工作深度时让海水流入规避气压补偿，待换能器到达指定工作深度后，可通过利用不同介质密度差完成空气腔水下充气和排水，可大幅提高换能器布放回收速度，且过程中设备安全无风险，具备操作简单稳定、自适应性强、补偿速度快的特点。弯曲类换能器作用水深浅，工作频率低，重量和尺寸小，但是其抗静水压能力差，深水使用受限，下探到千米级别深度时必须进行压力补偿。换能器工作状态下，通过监测其自身携带的压力传感器实时读取内部气腔和外部水压值，在对比压力差进行充气和泄气动作，以保证其气压为平衡状态，防止换能器因压差过大发生机械性损坏。