水听器及水听装置的制作方法

本实用新型属于水听器技术领域，具体涉及一种水听器及水听装置。

背景技术：

随着科学技术的不断发展和进步，水听器的应用技术也逐渐发展成熟。水听器由于其能够将水下的压力变化而产生声信号转换为电信号，从而能够可靠的得到水下的压力，进而已经得到较为广泛的应用。现有技术中，水听器大多为压电陶瓷材料或复合材料制成的球形和圆管形结构水听器。但目前压电陶瓷材料所制成的水听器由于其结构，导致其可接收声音信号的波长范围过窄，从而严重降低了水听器的接收灵敏度和对压强的测量精度。再者，由于压电陶瓷材料的纵向和横向的声阻抗远高于水介质，这就使得水中大部分声场能量在水和陶瓷接触的界面处发生反射，进而也降低水听器的接收灵敏度和对压强的测量精度。与此同时，在现有技术中，复合材料所制成的水听器，虽然可以通过设置足够大的电容量，以达到较高的接收灵敏度和对压强的测量精度。但较大的电容量导致水听器需要制成较大的尺寸。由于其体积过大，严重影响了使用的便携性和适用性。因此，如何通过技术的改进，能够使微型或中型体积的水听器能够具有较高的接收灵敏度和对压强的测量精度是目前业界一大难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种水听器及水听装置，以有效地改善微型或中型体积的水听器的接收灵敏度和对压强的测量精度。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面本实用新型实施例提供了一种水听器，包括：至少一个条状换能晶片、外壳、第一透声密封片、第二透声密封片和导线，所述外壳为管状结构，所述外壳套设至少一个所述条状换能晶片，所述第一透声密封片套设所述外壳的一端，所述第二透声密封片套设所述外壳的另一端，至少一个所述条状换能晶片的两端均通过导线和外部负载相连。所述第一透声密封片和所述第二透声密封片均用于将每个所述条状换能晶片和外部环境隔离，并将水中的声信号传输到每个所述条状换能晶片。每个所述条状换能晶片均用于通过其一端接收所述第一透声密封片输入的所述声信号和其另一端接收所述第二透声密封片输入的所述声信号，并将所述声信号转换为电信号输出到所述外部负载。

进一步的，所述条状换能晶片可以为多个，每个所述条状换能晶片的一端和相邻的所述条状换能晶片的一端连接，每个所述条状换能晶片的另一端和相邻的所述条状换能晶片的另一端连接。

进一步的，每个所述条状换能晶片均包括：铌锌酸铅-钛酸铅、铌镁酸铅-钛酸铅、铌镁酸铅-锆钛酸铅、铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅或其衍生组分弛豫铁电单晶制成。

进一步的，每个所述条状换能晶片均为横向振型铅基弛豫单晶片，所述横向振型为[011]晶向极化，[100]或[0-11]晶向驱动。

进一步的，所述外壳包括：声阻尼外壳和保护壳，所述声阻尼外壳和所述保护壳均为管状结构，所述声阻尼外壳套设每个所述条状换能晶片，所述保护壳套设所述声阻尼外壳。

进一步的，所述声阻尼外壳和所述保护壳均为管状结构。

第二方面本实用新型实施例还提供了一种水听装置，包括：本体、多个空腔以及多个水听器；每个所述空腔均贯穿所述本体，每个所述空腔与相邻的所述空腔均具有夹角，每个所述水听器均设置于所述空腔中。

进一步的，每个所述空腔的形状大小均和所述水听器的形状大小匹配。

进一步的，所述本体为柱状结构，每个所述空腔均依次设置于所述本体的一端和所述本体的另一端之间，每个所述空腔与相邻的所述空腔具有夹角。

进一步的，每个所述水听器的一端均与相邻的所述水听器的一端耦合。

本实用新型实施例的有益效果是：通过外壳的管状结构，外壳便能套设至少一个条状换能晶片。通过第一透声密封片套设外壳的一端，而再通过第二透声密封片套设外壳的另一端，并将条状换能晶片的两端均通过导线和外部负载相连。从而实现了将换能晶片在水下密封的同时和外部负载也实现了耦合。

第一透声密封片和第二透声密封片均通过将每个所述条状换能晶片和外部环境隔离，并将水中的声信号传输到每个条状换能晶片。每个条状换能晶片便均能够通过其一端接收第一透声密封片输入的声信号和其另一端接收第二透声密封片输入的声信号，并将声信号转换为电信号输出到外部负载。而外部负载通过计算该电信号所对应的压力值，便能够精确的得到水中所测量的压强。由于水听器中条状换能晶片被外壳套设，而外壳又为管状结构，从而条状换能晶片的两端便是未被外壳所封闭的自由端。由于条状换能晶片的两端自由，从而条状换能晶片的两端均能接收声信号，通过合理的尺寸设计，使水听器的条状换能晶片能够以半波长的方式对声信号进行接收。由于其半波长的接收方式，能有效增大其接收的频率范围，且采用的压电晶片具有比常用压电陶瓷更高的横向压电系数和与水介质更接近的声阻抗特征，从而能大幅提高水听器接收灵敏度和对压强的测量精度。由于其为接收方式和声敏感元件工作模式的改变，从而能够有效的提高微型或中型体积的水听器的接收灵敏度和对压强的测量精度。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种水听器的第一实施方式的截面图；

图2示出了本实用新型实施例提供的一种水听器的第二实施方式的截面图；

图3示出了本实用新型实施例提供的一种水听装置的第一实施方式的结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例提供的一种水听装置的第二实施方式的结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例提供的一种水听装置的第三实施方式的结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例提供的一种水听装置的第四实施方式的结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例提供的一种水听装置的第五实施方式的结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例提供的一种水听装置的第六实施方式的结构示意图。

图标：100-水听器；110-条状换能晶片；120-外壳；121-声阻尼外壳；122-保护壳；130-第一透声密封片；140-第二透声密封片；150-导线；200-水听装置；210-本体；220-空腔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“侧”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种水听器100，水听器100包括：条状换能晶片110、外壳120、第一透声密封片130、第二透声密封片140和导线150。

在本实施例中，水听器100可以为横向的工作模式，从而条状换能晶片110可以由：铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)、铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)、铌镁酸铅-锆钛酸铅(PMN-PZT)、铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅(PIN-PMN-PT)或其衍生成分等驰豫铁电单晶所制成的柱状结构。由于铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)、铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)、铌镁酸铅-锆钛酸铅(PMN-PZT)、铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅(PIN-PMN-PT)等材料具有极高的横向压电常数，比如PZN-PT的横向压电常数d32≈-(3000～4000)pC/N、横向压电常数d31≈1100pC/N。而且此PZN-PT的声阻抗约为7MRayls，该声阻抗和水的声阻抗较接近。因此，上述的材料非常适合制作高接收灵敏度的横向工作模式的水听器100的换能芯片，而通过上述材料所制成的条状换能晶片110能够具有更高的灵敏度。

作为一种方式，条状换能晶片110可以为至少一个。若水听器100为微型水听器100，那其条状换能晶片110便可以为一个；但若水听器100为中型水听器100，其其条状换能晶片110便可以为多个。本实施例中，可根据实际使用需求的不同而灵活适配实际需求所需的换能晶片数量。

作为另一种方式，当水听器100在浅水域进行使用时，条状换能晶片110可以为工作方式为[011]晶向极化，而通过(100)面进行声信号传感的横向振型铅基弛豫单晶片，从而使水听器100在浅水域中能够具有测量声信号的高灵敏度。而当水听器100在深海域进行使用时，条状换能晶片110可以为工作方式为[011]晶向极化，而通过(0-11)面进行声信号传感的横向振型铅基弛豫单晶片，从而保证水听器100在深海域中工作稳定性的情况下还具有对声信号测量的高灵敏度。需要说明的是，(100)面可以为条状换能晶片110的两端，而(0-11)面可以为条状换能晶片110的侧壁。

外壳120包括：声阻尼外壳121和保护壳122，声阻尼外壳121和保护壳122均可以为管状结构。声阻尼外壳121能够套设条状换能晶片110，并使条状换能晶片110的两端能够位于声阻尼外壳121两端的开口处。声阻尼外壳121内径的形状大小和条状换能晶片110的形状大小匹配，从而声阻尼外壳121便能够紧密的套设条状换能晶片110。可选的，声阻尼外壳121可以由声阻尼的橡胶材料制成。通过声阻尼外壳121将条状换能晶片110套设后，声阻尼外壳121隔绝了声信号。水中的声信号便只能从条状换能晶片110未被套设的两端输入，从而条状换能晶片110的两端便能够均形成接收声信号的自由端，进而条状换能晶片110便能够以半波长的方式接收声信号。作为一种方式，当条状换能晶片110的数量为多个时，每个条状换能晶片110的一端和相邻的条状换能晶片110的一端连接，而每个条状换能晶片110的另一端和相邻的条状换能晶片110的另一端连接，从而使每个条状换能晶片110并列排放。声阻尼外壳121再将多个并列排放的条状换能晶片110套设。

保护壳122的内径大小和声阻尼外壳121的形状大小匹配，从而保护壳122便能够通过再套设声阻尼外壳121，以对声阻尼外壳121和条状换能晶片110能够形成保护，并能够隔绝声阻尼外壳121和条状换能晶片110和水的接触。由于保护壳122的两端均具有开口，从而需要通过第一透声密封片130将保护壳122的一端封闭，而再通过第二透声密封片140将保护壳122的另一端封闭，进而形成全封闭的结构。第一透声密封片130的形状大小和保护壳122一端开口的形状大小匹配。从而将第一透声密封片130的边缘和保护壳122一端的开口固定连接，第一透声密封片130便能够将保护壳122一端的开口密封。第二透声密封片140的形状大小和保护壳122另一端开口的形状大小匹配。从而将第二透声密封片140的边缘和保护壳122另一端的开口固定连接，第二透声密封片140便能够将保护壳122另一端的开口密封。通过第一透声密封片130将保护壳122的一端封闭和再通过第二透声密封片140将保护壳122的另一端封闭，水听器100便能够形成全封闭的结构，从而和水隔绝。由于声信号的传输能够穿过第一透声密封片130和第二透声密封片140，从而水中的声信号便能够通过第一透声密封片130和第二透声密封片140分别输入条状换能晶片110两端。条状换能晶片110两端通过分别接收到声信号，便能够将该声信号转换为对应的电信号。

请参阅图1和图2，在本实施例的第一实施方式中，条状换能晶片110为一个，条状换能晶片110的两端均通过导线150和外部负载耦合。在本实施例的第二实施方式中，条状换能晶片110为多个，则并列排放的多个条状换能晶片110，以并联或串联的方式进行电学连接，再通过导线150和外部的负载耦合。条状换能晶片110的两端通过和导线150的耦合，便能够将其自身所转换的对应声信号的电信号通过导线150输出到外部负载。外部负载通过计算出和该电信号所对应的压强值，便能够得到水听器100所检测到的水中的压强值。需要说明的是，导线150通过分别穿过第一透声密封片130和第二透声密封片140与条状换能晶片110耦合，从而第一透声密封片130和第二透声密封片140均设有与导线150的口径所匹配的通孔，进而导线150通过分别穿过第一透声密封片130的通孔和第二透声密封片140的通孔与条状换能晶片110耦合后，由于其口径匹配，水听器100仍然能够保持完全密封的状态。

请参阅图3，本实用新型实施例还提供一种水听装置200。水听装置200包括：本体210、空腔220和水听器100。作为一种方式，水听装置200中的空腔220可以为多个，而和空腔220对应的水听器100也可以为多个。从而通过多个水听器100的测量，进一步提高了测量的精准度。每个空腔220的形状大小均和水听器100的形状大小匹配，从而每个水听器100均能够设置于空腔220中。多个水听器100均通过串联或并联以实现相互之间的耦合。而每个空腔220均贯穿本体210，以保证水听器100的两端均能够接收声音信号。每个空腔220与相邻的空腔220均具有夹角，从而水听装置200便能够实现多个方向的声音信号的测量，通过综合处理多个方向所测得的声音信号，进而也可以提高水听装置200的测量精度。

如图3所示，图3示出了实施例提供一种水听装置200的第一实施方式。本体210可以为圆柱体，空腔220的数量为两个，相对应的水听器100的数量也为两个。每个空腔220均设置在本体210的顶端和底端之间，两个空腔220所贯穿的方向正交，且两个空腔220所贯穿的方向分别与本体210的顶端和底端平行。每个水听器100均设置于所对应的空腔220中，从而水听装置200便能够实现对相互正交的两个方向的声音信号的测量。

如图4所示，图4示出了实施例提供一种水听装置200的第二实施方式。本体210可以为圆柱体，空腔220的数量为三个，相对应的水听器100的数量也为三个。每个空腔220均设置在本体210的顶端和底端之间，每个空腔220所贯穿的方向和相邻空腔220的贯穿方向形成60°的夹角，且三个空腔220所贯穿的方向分别与本体210的顶端和底端平行。每个水听器100均设置于所对应的空腔220中，从而水听装置200便能够实现对相互形成60°夹角的三个方向的声音信号的测量。

如图5所示，图5示出了实施例提供一种水听装置200的第三实施方式。本体210可以为圆柱体，空腔220的数量为六个，相对应的水听器100的数量也为六个。每个空腔220均设置在本体210的顶端和底端之间，每个空腔220所贯穿的方向和相邻空腔220的贯穿方向形成正交，且六个空腔220所贯穿的方向分别与本体210的顶端和底端平行。每个水听器100均设置于所对应的空腔220中，水听装置200便不仅能够实现对相互正交的两个方向的声音信号的测量。由于六个空腔220的设置在垂直方向具有一定的梯度，从而水听装置200还能够实现对以具有梯度的方式对声信号进行测量，进而再次提高测量精度。

如图6所示，图6示出了实施例提供一种水听装置200的第四实施方式。本体210可以为环形的柱体，且环形的柱体的边缘的三个部分由顶端到底端均向外延伸形成三个突出部。连接三个突出部便能够形成等边的三角形。空腔220的数量为三个，每个空腔220均设置在一个突出部，并贯穿该突出部。从而每个空腔220均能够和相邻的空腔220形成60°的夹角，且三个空腔220均位于同一水平面。每个水听器100均设置于所对应的空腔220中，从而水听装置200便能够实现对同一平面中相互形成60°夹角的三个方向的声音信号的测量。

如图7所示，图7示出了实施例提供一种水听装置200的第五实施方式。本体210可以为环形的柱体，且环形的柱体的边缘的四个部分由顶端到底端均向外延伸形成四个突出部。连接四个突出部便能够形成矩形。空腔220的数量为十二个，每个三个空腔220均设置在一个突出部顶壁到底壁之间，并贯穿该突出部。从而每个空腔220均能够和其余突出部的空腔220形成90°的夹角。每个水听器100均设置于所对应的空腔220中，水听装置200不仅能够实现对同一平面中相互形成90°夹角的四个方向的声音信号的测量。由于一个突出部中的三个空腔220的设置在垂直方向并具有一定的梯度，从而水听装置200还能够实现对每个方向的声信号进行梯度测量，进而再次提高测量精度。

如图8所示，图8示出了实施例提供一种水听装置200的第六实施方式。本体210可以为圆柱的柱体，空腔220的数量可以为两个，相对应的水听器100的数量也为两个。在本实施方式中，水听器100为由多个换能晶片组成的中型水听器100。每个空腔220均设置在本体210的顶端和底端之间，每个空腔220所贯穿的方向和相邻空腔220的贯穿方向形成正交，且两个空腔220所贯穿的方向分别与本体210的顶端和底端平行。每个水听器100均设置于所对应的空腔220中，水听装置200便能够实现对相互正交的两个方向的声音信号的测量。从而使该由多个中型水听器100构成的水听装置200也具有极高的测量精度。

综上所述，本实用新型提供了一种水听器100及水听装置200。通过外壳120的管状结构，外壳120便能套设至少一个条状换能晶片110。通过第一透声密封片130套设外壳120的一端，而再通过第二透声密封片140套设外壳120的另一端，并通过将至少一个条状换能晶片110的两端均通过导线150和外部负载耦合。从而便实现了将换能晶片在水下密封的同时和外部负载也实现了耦合。

第一透声密封片130和第二透声密封片140均通过将每个所述条状换能晶片110和外部环境隔离，并将水中的声信号传输到每个条状换能晶片110。每个条状换能晶片110便均能够通过其一端接收第一透声密封片130输入的声信号和其另一端接收第二透声密封片140输入的声信号，并将声信号转换为电信号输出到外部负载。而外部负载通过计算该电信号所对应的压力值，便能够精确的得到水中所测量的压强。由于水听器100中条状换能晶片110被外壳120套设，而外壳120又为管状结构，从而条状换能晶片110的两端便是未被外壳120所封闭的自由端。由于条状换能晶片110的两端自由，从而条状换能晶片110的两端均能接收声信号，进而水听器100的条状换能晶片110能够以半波长的方式对声信号进行接收。由于其半波长的接收方式，能有效增大其接收的频率范围，且采用的压电晶片110具有比常用压电陶瓷更高的横向压电系数和与水介质更接近的声阻抗特征，从而能大幅提高水听器100接收灵敏度和对压强的测量精度。由于其为接收方式和声敏感元件工作模式的改变，从而能够有效的提高微型或中型体积的水听器100的接收灵敏度和对压强的测量精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。