新型测流水声换能器的制作方法

本实用新型属于水文水利仪器技术领域，涉及一种新型测流水声换能器。

背景技术：

我国幅员辽阔，河流、湖泊水域面积大、分布广、情况复杂，在水域中设置水文测点进行定期监控是预防灾害、监测水文要素的必要手段。随着对测量精度的要求日益提高，目前，高精度定点接触式声学测流设备(包括时差法测流、H-ADCP测流)已在部分水文测点应用于河流测流。而水声换能器是其关键和必备部件，主要承担声电转换的任务。目前的测流用水声换能器基本依赖进口，调试与维护不易。不仅如此，现有的换能器还存在种种不足：易被水下物体(水生植物、人造垃圾、植物残体)缠绕，易受水下生物或残渣吸附，从而影响甚至遮挡收发声道，造成设备无法正常工作；质量偏轻、抗水流冲击和抗振动能力均不足；内部热量散发慢，能量转换效率低，信号占空比低，易受外部信号干扰。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型公开了一种针对外部结构全新设计的新型测流水声换能器。

为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：

新型测流水声换能器，包括壳体、设置在壳体内的声电转换部件、线缆，所述壳体包括位于顶部的辐射面、位于底部的底平面以及连接辐射面和底平面的侧壁，所述辐射面与底平面均为圆形且彼此平行，辐射面面积小于底平面面积，所述侧壁上设有若干安装通孔，所述安装通孔与底平面垂直并贯穿底平面，所述线缆一端与水声换能器内部声压部件连接，另一端自底平面穿出，线缆与底平面交接处做水密处理。

进一步的，所述侧壁截面边缘为弧线或直线。

进一步的，所述辐射面采用透声材料制成。

进一步的，所述辐射面采用聚氨酯或橡胶或塑料制成。

进一步的，所述侧壁与底平面相交处具有倒角。

进一步的，所述安装通孔包括沉头孔及螺杆孔，沉头孔孔径大于或等于安装螺丝的螺丝头外径，螺杆孔孔径小于安装螺丝的螺丝头外径，沉头孔与螺杆孔交接处具有台阶面，所述台阶面与底平面平行。

进一步的，所述螺杆孔内光滑无螺纹。

进一步的，所述侧壁及底平面采用防腐蚀金属制成。

进一步，所述侧壁及底平面表面做抛光处理。

进一步，所述侧壁及底平面表面镀有防吸附漆层。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

1.通过上小下大、下沉式安装通孔及侧面与底平面交接处的倒角设计，令换能器整体呈流线型，减少换能器表面可缠绕棱角，减小表面摩擦力，降低被水下物体、植物缠绕的概率，防止水下缠绕遮挡声信号，导致设备不能正常工作。对侧壁及底平面的抛光及防吸附处理，能够有效防止水下生物或残渣吸附，并能起到防锈防腐蚀作用，从而增加了设备精度的持久性，降低故障率，延长使用寿命。

2.壳体为类圆台形能有效增加底平面面积，方便固定，提高安装稳定性，增加了换能器金属表面积，更易于散热。

3.辐射面和底平面相互平行，使内部陶瓷面到辐射面的透声材料层厚度基本一致，保证声波通过辐射面各处的衰减和阻抗高度接近。

4.换能器外壳表面大部分采用不锈金属制成，利于散热并增强抗干扰性。不锈金属材质令质量可控制在适当范围，在保证其水下抗水流和小物体冲击、保持换能器稳定性。

5.台阶面平行于换能器底平面，使螺丝头下平面受力均匀，保证底平面与后级基座面平整紧密结合。安装通孔可采用无螺纹设计，防止因水下生锈等原因，导致通孔内螺纹锈死，增大摩擦力，无法拆卸，给维护和替换带来不必要的麻烦和损失。

附图说明

图1为本实用新型提供的新型测流水声换能器俯视图。

图2为本实用新型提供的新型测流水声换能器侧面剖视图。

图3为本实用新型提供的新型测流水声换能器立体示意图。

图4为本实用新型提供的新型测流水声换能器安装示意图。

附图标记说明：

1-壳体，2-辐射面，3-侧壁，4-底平面，5-安装通孔，501-沉头孔，502-螺杆孔，6-线缆，7-声压转换部件，8-螺丝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1～图3所示，新型测流水声换能器包括壳体1，在壳体1内具有能够容纳水声换能声压转换部件7和灌注胶体等的空腔，声压转换部件还与线缆6相连。内部声压转换部件采用单个或多个组合的压电陶瓷，为现有结构，在本例不再赘述。其中，壳体1包括辐射面2、底平面4以及侧壁3，辐射面2位于图1中壳体1顶部，底平面4位于底部，侧壁3连接辐射面2和底平面4。线缆6一端深入水声换能内部与声电转换部件7连接，另一端自底平面4穿出，线缆6与底平面4交接处进行水密处理。

辐射面2与底平面4均为平整圆面，且相互平行，这样能够使内部陶瓷面到辐射面的透声材料层(一般为聚氨酯或橡胶或塑料)厚度基本一致，保证声波在通过辐射面各处时衰减、阻抗高度接近。辐射面面积小于底平面面积，侧壁截面边缘为弧线或直线，这样壳体整体为流线型，可显著降低换能器被缠绕几率。当侧壁截面边缘为直线时，壳体整体呈圆台形。当侧壁截面边缘为弧线时，换能器整体更为圆滑，防缠绕效果更佳。侧壁与底平面相交处采用倒角设计，以降低其锋利度。辐射面采用透声材料制成，材料阻抗接近外界声传播介质(一般为水)的阻抗，此类透声材料一般选用聚氨酯或橡胶或塑料。

在侧壁上设有四个安装通孔5，安装通孔5在侧壁上均匀分布，安装通孔5与底平面4垂直并贯穿底平面4和侧壁3，安装孔的数量可以根据需要增加或减少。安装通孔5采用下沉式设计，具体地说，安装通孔5包括沉头孔501及螺杆孔502，且沉头孔孔径大于或等于安装螺丝的螺丝头外径，螺杆孔孔径小于安装螺丝的螺丝头外径，沉头孔与螺杆孔交接处具有台阶面，台阶面与底平面平行。螺杆孔内光滑无螺纹。内沉式机械螺丝安装通孔适用于头型为内六角、一字、十字等，便于螺丝刀插入旋紧的不锈钢机螺丝使用。内沉式通孔台阶面平行于换能器底平面，使螺丝头下平面均匀受力均匀，保证底平面4与后级基座面平整紧密结合。

换能器侧壁及底平面(除线缆引出部位外)均采用不锈钢或钛合金或其他耐腐蚀金属制成。能够有效防锈，增强散热能力和抗干扰性。视水下环境，金属表面一般做抛光处理并且换能器外表面可镀防吸附漆层(如防海蛎子漆)，能够有效防止水下生物或残渣吸附。

引出线缆设计可采用同轴水密(屏蔽)电缆或多芯水密(屏蔽)电缆，屏蔽层能增强线缆内传输信号的抗干扰能力，输出电缆与换能器底面接合处水密处理(防水层，封胶等)，也可采用一体式设计，水密性更好。

如图4所示，当安装本换能器时，将四个螺丝8分别置入安装通孔内，螺丝头可顺利进入沉头孔内并停留在台阶面上，螺杆上半部分为光杆，下半部分具有螺纹，螺纹部分自安装通孔底部穿出底平面后与后级基座面连接。

根据换能器测量范围与声学流量/流速测量设备使用经验，计算出新设计的水声换能器参数范围：频率为8kHz-1.2MHz,Q值范围为＜10；波束角小于26度；声辐射连续功率：≤400W；RMS(均方根)声辐射功率为10W-3000W。可根据使用场地和信号处理的不同要求，使声压组件具有适合的辐射功率和波束角，调整辐射距离，改变噪声特性；设置变压阻抗匹配部件的匹配值和材料工艺可改变能量转换传导效率、热耗散效率和信号灵敏度等。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。