一种深海宽带水声换能器的制作方法

本技术属于换能器，具体涉及一种深海宽带水声换能器。

背景技术：

1、目前，深海宽带水声低频换能器的种类中，用的最普遍的是镶拼圆环溢流换能器。其结构简单，耐深海压力，无中空部件，在深海中换能器的各个部件均受各向同性力的作用而实现自平衡耐压。其宽带特性是利用高低频多模态耦合方式实现的，主要可用振动模态包括液腔低频模态和压电陶瓷镶拼环的径向高频模态。为了获得在特定结构下频率尽量低的液腔振动模态以展宽带宽，目前采取的主要措施是增大压电陶瓷环的表面积，以容纳更多的压电陶瓷条，例如图1所示方案为两个同轴叠加安装的压电陶瓷环，与之类似的，还有加大镶拼压电陶瓷环的直径，或者增加压电陶瓷环的高度；采用这几种措施换能器的液腔工作频率通常可以做到1000hz以下，但是换能器的尺寸和重量也随着液腔频率的下降而成倍增加，导致换能器的制作成本也成倍增加。

技术实现思路

1、针对上述问题和技术需求，本实用新型提供一种深海宽带水声换能器，能在保证液腔工作频率降低的同时，避免换能器尺寸和重量的大幅增加，节约制作成本。

2、本实用新型的技术方案如下：一种深海宽带水声换能器，包括镶拼压电陶瓷圆环和声波导管，声波导管同轴设置在镶拼压电陶瓷圆环的一侧或两侧端面处，所述镶拼压电陶瓷圆环包括压电陶瓷层和预应力层，压电陶瓷层包括多个同样形状的压电陶瓷条，多个压电陶瓷条按阵列环绕排列成圆环形，压电陶瓷条之间通过环氧树脂灌注粘合形成圆环形的压电陶瓷层，压电陶瓷层外周均匀缠绕了一层或多层预应力层，压电陶瓷层在预应力层的作用下，沿圆周切向结合面的预应力值为15-35mpa。在镶拼压电陶瓷圆环的两端或一端加装声波导管，能替代原有的增大陶瓷圆环工作面积的方案，实现调整液腔频率的目的；设置预应力层，能保护内部的压电陶瓷层，使其能承受一部分压力值，物理性能不受影响。

3、进一步的，所述声波导管由合金铝、钛合金、不锈钢、碳纤维或玻璃钢制造而成。

4、进一步的，所述声波导管的形状为筒状、喇叭口状或锥形口状。

5、进一步的，所述预应力层的材质为金属或玻璃纤维丝。

6、进一步的，所述压电陶瓷层内侧设有水密电缆，压电陶瓷层中设有金属电极，水密电缆与金属电极电信连接，水密电缆将外部的驱动信号向内输入。

7、进一步的，所述镶拼压电陶瓷圆环外部设有透声水密层，透声水密层将镶拼压电陶瓷圆环的内外侧和端面整体密封包覆起来，透声水密层的材质为聚氨酯、环氧树脂或透声橡胶。透声水密层能实现水中密封和透声的效果，隔绝外部环境，保证内部结构性能稳定。

8、进一步的，所述声波导管与镶拼压电陶瓷圆环的端面之间为可拆卸连接。

9、进一步的，所述声波导管固定安装在镶拼压电陶瓷圆环端面上，声波导管与镶拼压电陶瓷圆环作为一个整体一起被透声水密层包裹在内。声波导管可以根据特性需求灵活设计或拆装，也可以与镶拼压电陶瓷圆环一起，通过水密层进行统一封装，在设计制作时，可以根据设计需求采用不同的方案。

10、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型在压电陶瓷镶拼圆环的基础上，两侧对称或在一侧安装一个中空声波导管，声波导管可以与压电陶瓷镶拼环一起包覆在水密层中，也可以作为灵活调整液腔频率，作为附件加装在压电陶瓷镶拼环换能器的两侧或一侧。声波导管的加工成本比压电陶瓷镶拼环低一个数量级；声波导管选用轻质的金属材料制造，从而在同等液腔频率下有效降低换能器的总重量；可装拆的各种尺寸的声波导管可以让换能器根据使用场合的不同，灵活发挥各种特性。

技术特征：

1.一种深海宽带水声换能器，其特征在于：包括镶拼压电陶瓷圆环和声波导管，声波导管同轴设置在镶拼压电陶瓷圆环的一侧或两侧端面处，所述镶拼压电陶瓷圆环包括压电陶瓷层和预应力层，压电陶瓷层包括多个同样形状的压电陶瓷条，多个压电陶瓷条按阵列环绕排列成圆环形，压电陶瓷条之间通过环氧树脂灌注粘合形成圆环形的压电陶瓷层，压电陶瓷层外周均匀缠绕了一层或多层预应力层，压电陶瓷层在预应力层的作用下，沿圆周切向结合面的预应力值为15-35mpa。

2.根据权利要求1所述的一种深海宽带水声换能器，其特征在于：所述声波导管由合金铝、钛合金、不锈钢、碳纤维或玻璃钢制造而成。

3.根据权利要求2所述的一种深海宽带水声换能器，其特征在于：所述声波导管的形状为筒状、喇叭口状或锥形口状。

4.根据权利要求3所述的一种深海宽带水声换能器，其特征在于：所述预应力层的材质为金属或玻璃纤维丝。

5.根据权利要求4所述的一种深海宽带水声换能器，其特征在于：所述压电陶瓷层内侧设有水密电缆，压电陶瓷层中设有金属电极，水密电缆与金属电极电信连接，水密电缆将外部的驱动信号向内输入。

6.根据权利要求5所述的一种深海宽带水声换能器，其特征在于：所述镶拼压电陶瓷圆环外部设有透声水密层，透声水密层将镶拼压电陶瓷圆环的内外侧和端面整体密封包覆起来，透声水密层的材质为聚氨酯、环氧树脂或透声橡胶。

7.根据权利要求6所述的一种深海宽带水声换能器，其特征在于：所述声波导管与镶拼压电陶瓷圆环的端面之间为可拆卸连接。

8.根据权利要求6所述的一种深海宽带水声换能器，其特征在于：所述声波导管固定安装在镶拼压电陶瓷圆环端面上，声波导管与镶拼压电陶瓷圆环作为一个整体一起被透声水密层包裹在内。

技术总结
本技术公开了一种深海宽带水声换能器，包括镶拼压电陶瓷圆环和声波导管，声波导管同轴设置在镶拼压电陶瓷圆环的一侧或两侧端面处，所述镶拼压电陶瓷圆环包括压电陶瓷层和预应力层，压电陶瓷层包括多个同样形状的压电陶瓷条，多个压电陶瓷条按阵列环绕排列成圆环形，压电陶瓷条之间通过环氧树脂灌注粘合形成圆环形的压电陶瓷层，压电陶瓷层外周均匀缠绕了一层或多层预应力层，压电陶瓷层在预应力层的作用下，沿圆周切向结合面的预应力值为15‑35Mpa；本技术换能器能在保证液腔工作频率降低的同时，避免换能器尺寸和重量的大幅增加，节约制作成本。

技术研发人员：周益明,徐程
受保护的技术使用者：苏州声之源电子科技有限公司
技术研发日：20230327
技术公布日：2024/1/13