专利名称：用于深水声波探测的压电片式水下探音器的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下探音声器，特别是涉及一种用于深水声波探测的压电片式水下探首器。
背景技术：
随着人类社会的发展，无线通信技术在我们生活中扮演着越来越重要的作用。传 统的电磁波无线通信对大家来说是再熟悉不过了，如生活中使用的移动电话、军事上广泛 应用的电台等都是通过电磁波来传递信息的。但是，有些情况下电磁波的无线通信却不一 定是最好的通信方式，比如深水中的无线通信。由于海水对电磁波的衰减作用，水下通信非常困难。那么，可不可以利用声波传 递信息呢？几年来，各国科学家一直致力于海底声波通信的研究，即把大量含有声音、文本 和影像的数据以声波的形式在海底传送。目前，军事上对声音的利用主要集中在使用声纳 探测、侦察以及简易通讯诸方面，如根据水中敌潜艇发出的声音判别其方位，利用主动声纳 搜索水雷，利用测深声纳确定海底深度，根据声纳发出和收回的信号识别敌我等。商业生产 上，也有很多地方需要用到声波。比如矿井、油井类的深水通信，如何传输信号到矿井或者 油井底部以控制某个系统运作。虽然声波通信技术已取得突破性进展，但也有许多难题尚待攻克。首先，声波在传 送过程中也会逐渐减弱，使信号变弱。同时，由于水对声音来说是一个极好的传输媒介，各 种声波都能传送成百上千千米，使人很难把带着数据的声波和通常的背景杂音区分开来。 而目前水下通信中并没有出现非常完善的声波探测仪器，可以在数千米深处超高压的条件 下正常、稳定、并高灵敏地工作。传统的水听器虽然可以在水下工作，用来探测水下声波， 而且有较高的灵敏度，但是传统水听器多工作在500米以内的浅水区域，在深水的高压条 件下，即使经过特殊设计，其灵敏度也会有较大程度的恶化，其承压结构也难以长期稳定工 作。因此，迫切需要一种新型的声波探测仪使得其可以在深水下工作，而且要有很高的探测 灵敏度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于深水声波探测的压电片式水下探音器，利用声波 谐振效应实现声波的能量积聚，使得深水中的声波耦合到谐振腔里，并实现能量的积累从 而使得高灵敏度的压电陶瓷换能器即不需要承受很大水压的同时又可以在充满接近地面 大气压压强空气的空气腔里探测到水中耦合过来的声波。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是本发明的耐压介质声波谐振腔的空气腔长度为声波工作波长λ的二分之一，压 电陶瓷换能器安装在耐压介质声波谐振腔的一端，压电陶瓷换能器的压电陶瓷片贴在耐压 介质声波谐振腔内的空气腔的内端面。所述的耐压介质声波谐振腔内腔为圆柱体或者长方体的空气腔，两端封闭。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是本发明即使在深水高压情况仍然可以实现声波信号的探测，而且通过这个简单的 结构实现了高灵敏度的压电陶瓷换能器探测高压深水中的声波信号。他克服了传统压电陶 瓷换能器不能在深水高压下探测深水声波的缺点，提供一种高稳定度的声波探测设备。该 设备设计简单，体积小，成本低廉而且使用方便，完全克服了传统水下探音器的不足。本发明可广泛用于深水管道、油井、深海等高压下声波探测系统的水下探音器。
图1是声波在多层介质中反射、透射示意图。图2是谐振腔式水下探音器结构示意图。图中1.耐压介质声波谐振腔，2.空气腔，3.压电陶瓷换能器，4.压电陶瓷片， 5.深水管道，6.深水管道内的水。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。声波在多层介质中会发生反射和透射，特别是当声波垂直入射到多层平面的时 候，我们可以用波动方程和尤拉方程写出各层介质中的声压P(X)和振速v(x)，如图1所 示其中第三层介质和第一层介质相同，即有相同的密度，相同的声速。中间层介质的 厚度为1，声波从左边第一层入射。Pli(X)表示第一层入射波，Pk(X)表示第一层反射波，P ！ 和C1分别表示第一层介质的密度和声速，P2i(X)表示第二层入射波，P2Jx)表示第二层反射 波，P 2和C2分别表示第二层介质的密度和声速，P3i (χ)表示第三层透射波，P i和C1分别 表示第三层介质的密度和声速。我们可以在三层介质中依次表示他们的声压P(X)和振速V(X)，第一层介质中的 声压P1 (X)和振速U1 (χ)表示为
权利要求
一种用于深水声波探测的压电片式水下探音器，其特征在于耐压介质声波谐振腔(1)的空气腔(2)长度为声波工作波长λ的二分之一，压电陶瓷换能器(3)安装在耐压介质声波谐振腔(1)的一端，压电陶瓷换能器(3)的压电陶瓷片(4)贴在耐压介质声波谐振腔(1)内的空气腔(2)的内端面。
2.根据权利要求1所述的一种用于深水声波探测的压电片式水下探音器，其特征在 于所述的耐压介质声波谐振腔(1)内腔为圆柱体或者长方体的空气腔(2)，两端封闭。
全文摘要
本发明公开了一种用于深水声波探测的压电片式水下探音器。耐压介质声波谐振腔的空气腔长度为声波工作波长λ的二分之一，压电陶瓷换能器安装在耐压介质声波谐振腔的一端，压电陶瓷换能器的压电陶瓷片贴在耐压介质声波谐振腔内的空气腔的内端面。本发明即使在深水高压情况仍然可以实现声波信号的探测，而且通过这个简单的结构既能够保持传统压电陶瓷换能器探测的高灵敏度，又克服了传统压电陶瓷换能器不能探测水中声波的缺陷。该设备设计简单，体积小，成本低廉而且使用方便。可广泛用于深水管道、油井、深海等高压下声波探测系统的压电片式水下探音器。
文档编号G01H11/08GK101949733SQ20101025380
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者冉立新, 叶德信, 皇甫江涛 申请人:浙江大学