一种水雷模块化嵌入式圆柱共形声基阵的制作方法

本发明属于水雷技术领域，具体涉及一种水雷模块化嵌入式圆柱共形声基阵。

背景技术：

水雷武器为了满足对水中目标的探测功能要求，其探测系统通常采取多个声学换能器构成传感器阵列的方法。由水声学基本原理可知，构成基阵阵列的换能器个数越多，阵列信号处理的增益就越高，对水中目标的探测效果相应就越好。以往水雷武器所用圆环型压电陶瓷换能器的机械结构与安装方式，通常要求在水雷壳体上开相应的安装孔座。而开孔数目越多，对水雷壳体强度的影响越不利，对总体结构水下密封性的要求也越高。同时，开孔安装的方式可能破坏水雷总体的流体外形，引起水下系留稳定性降低、流噪声增大等不良后果。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种水雷模块化嵌入式圆柱共形声基阵，能够解决以往水雷壳体上单个换能器体积较大以及独立开孔安装方式引发的一系列问题，通过采用多个压电敏感元件整体模块化灌封、集束安装，以及通过水密插座传输信号的方式，减少壳体上的开孔数目与开孔孔径。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种水雷模块化嵌入式圆柱共形声基阵，包括：换能器单元、水密插座、水密电缆及导线；

其外围设备包括同轴对接的水雷圆柱壳体和仪表舱段壳体；水雷圆柱壳体的直径大于仪表舱段壳体的直径；

所述换能器单元用于将声波信号转变为电信号，它包括：压环、绝缘环、压电陶瓷圆片、透声橡胶及支撑体；所述支撑体为长条状结构，且在一侧端面沿其长度方向加工有两个并列的柱形凹槽；两个绝缘环分别嵌装在两个柱形凹槽内，两个压电陶瓷圆片分别抵触在两个绝缘环的台阶面上，使压电陶瓷圆片与所述柱形凹槽的内底面间有间隙；两个压环分别固定在两个绝缘环上，并分别将两个压电陶瓷圆片压紧；两个透声橡胶分别将两个所述凹槽封闭，并使两个透声橡胶的外侧面与支撑体的侧面平齐，内侧面与所述电陶瓷圆片之间有间隙；

整体连接关系如下：两个以上换能器单元沿圆周方向均匀固定在仪表舱段壳体的外圆周面，且换能器单元的长度方向与仪表舱段壳体的轴向一致，换能器单元的一端与水雷圆柱壳体的端面相抵触，另一端固定有水密插座，所述水密插座的一端分别通过导线分别与两个压电陶瓷圆片的正负极板连接，另一端通过水密电缆与水雷仪表舱内的插座连接，实现换能器单元与水雷仪表舱内仪器的电气连接。

进一步的，还包括吸声障板，所述吸声障板为弧形的导流板；

吸声障板安装在每两个相邻的换能器单元之间，使吸声障板与换能器单元组成的圆筒状结构的外圆周面与水雷圆柱壳体的外圆周面平齐，构成圆柱共形声基阵。

进一步的，所述吸声障板的材料采用吸声橡胶。

进一步的，所述绝缘环的材料采用聚四氟乙烯。

进一步的，所述压电陶瓷圆片采用PMg-51压电陶瓷圆片。

进一步的，每个所述换能器单元中的两个压电陶瓷圆片圆心的距离为1/2工作频率的波长。

有益效果：(1)本发明通过采用多个压电陶瓷圆片整体灌封构成长条状的换能器单元，换能器单元贴覆在仪表舱段壳体外表面构成共形圆柱阵，使检测维护以及声基阵备品、备件更换工作在雷体外部就可进行，避免了孔盖来回拆卸安装伴随而来的气密性检查等系列步骤，从而简化了操作流程；且这种模块化集束安装的方式，减少了水雷壳体上的开孔数目，相应降低了对总体耐压强度的影响。

(2)本发明通过采用圆片型压电陶瓷敏感元件取代圆环压电陶瓷元件，降低换能器的高度，使换能器单元能够贴覆安装在水雷壳体外表面，构成共形圆柱阵，降低对水雷总体结构的水下流体性能影响。

(3)本发明通过采用吸声障板，防止由于换能器单元突出于仪表舱段壳体表面而容易受到碰撞、刮擦等机械损伤及可能带来水下自噪声增大、水下系留稳定性降低等不利后果的问题发生。

附图说明

图1为本发明的结构组成图一。

图2为本发明的结构组成图二。

图3为本发明的换能器单元的结构组成图。

图4为本发明的压电陶瓷圆片的工作原理图。

其中，1-水雷圆柱壳体，2-换能器单元，3-水密插座，4-水密电缆，5-吸声障板，6-仪表舱段壳体，7-压环，8-绝缘环，9-压电陶瓷圆片，10-透声橡胶，11-支撑体，12-导线。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种水雷模块化嵌入式圆柱共形声基阵，参见附图1和附图2，包括：换能器单元2、水密插座3、水密电缆4、吸声障板5及导线12；

其外围设备包括同轴对接的水雷圆柱壳体1和仪表舱段壳体6；水雷圆柱壳体1的直径大于仪表舱段壳体6的直径；

所述吸声障板5为横截面为弧形的导流板，材料采用吸声橡胶，吸声障板5有吸声、导流的效果，对水下流噪声起到抑制作用，同时避免水下入射声波在仪表舱段壳体表面反射产生环绕波；

参见附图3，所述换能器单元2用于将声波信号转变为电信号，它包括：压环7、绝缘环8、压电陶瓷圆片9、透声橡胶10及支撑体11；所述支撑体11为长条状结构，且在一侧端面上沿其长度方向加工有两个并列的柱形凹槽；两个绝缘环8分别嵌装在支撑体11的两个柱形凹槽内，两个压电陶瓷圆片9分别抵触在两个绝缘环8的台阶面上，使压电陶瓷圆片9与所述柱形凹槽的内底面间有间隙；两个压环7分别通过螺钉固定在两个绝缘环8上，并分别将两个压电陶瓷圆片9压紧；两个透声橡胶10分别将两个所述柱形凹槽封闭，并使两个透声橡胶10的外侧面与支撑体11的端面平齐，以利于实际使用时隔绝外部水介质；透声橡胶10与所述电陶瓷圆片9之间有间隙；因此，压环7、绝缘环8和压电陶瓷圆片9构成边缘固定、中心自由的“弯曲振动”型压电敏感结构；且若干个压电敏感结构彼此间相互独立，能够分别独立地接收水下声波信号；

其中，所述绝缘环8由聚四氟乙烯加工而成，起到绝缘隔离以及降低支撑体耦合振动的作用；

所述压电陶瓷圆片9采用介电常数与压电系数较高的PMg-51压电陶瓷圆片，其直径远大于其厚度；

每个所述换能器单元2中的两个压电陶瓷圆片9圆心的距离为1/2工作频率的波长；例如：声基阵的工作频率f设定为3000Hz，则信号波长λ为：

式中，c₀为水中声速，取近似值1500m/s；

则换能器单元2中的两个压电陶瓷圆片9的距离为λ/2，即为0.25m；

整体连接关系如下：两个以上换能器单元2通过螺钉沿圆周方向均匀固定在仪表舱段壳体6的外圆周面，形成圆柱共形阵的结构形式，且换能器单元2的长度方向与仪表舱段壳体6的轴向一致，换能器单元2的一端与水雷圆柱壳体1的端面相抵触，另一端固定有水密插座3，所述水密插座3的一端分别通过导线12与两个压电陶瓷圆片9的正负极板连接，另一端通过水密电缆4与水雷仪表舱内的插座连接，实现换能器单元2与水雷仪表舱内仪器的电气连接；在每相邻两个换能器单元2之间均安装有吸声障板5，使吸声障板5与换能器单元2组成的圆筒状结构的外圆周面与水雷圆柱壳体1的外圆周面平齐，构成圆柱共形声基阵，避免雷体表面有突起结构引入流噪声；

在本实施中，所述换能器单元2的个数为六个。

工作原理：参见附图4，当有水下声波信号穿过透声橡胶10作用在压电陶瓷圆片9上时，引起的压力变化使压电陶瓷圆片9产生弯曲振动，即压电陶瓷圆片9自身产生形状变化；在压电效应的作用下，压电陶瓷圆片9的正负极板间产生变化的电荷信号，从而将声波信号转变为电信号输出到水雷仪表舱内的仪器进行处理。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。