专利名称：一种大面积薄板型矢量水听器的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于水声测量的传感器领域，主要是一种大面积薄板型矢量水听
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背景技术：
随着水声技术的发展，矢量水听器作为一类获取水下声场声矢量分量信息的测量传感器，在工程上已有应用。由于矢量水听器与传统声压水听器相比，具有可以获取更多声场信息等优势，用于声纳浮标或声基阵，能够提高声纳的检测、定位能力，在未来将更有广阔的发展空间。将矢量水听器作为基元应用于舷侧阵，一方面，由于矢量水听器拾取振速信号，而振速信号在软障板前具有量值最大、法线方向变化最平缓的优点，从而无需厚重的信号调节板，可以大大降低舷侧阵的重量。另一方面，由于矢量水听器具有很好的指向性，可以提高对能流方向主要平行于艇壳方向的振动分量的抑制能力，为降低本艇振动噪声的影响提供了物理机制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种大面积薄板型矢量水听器，是一种用于测量水下声场声矢量分量的换能器基阵，即平面型矢量水听器。本发明解决其技术问题采用的技术方案这种大面积薄板型矢量水听器，包括一组平面型矢量水听器单元、硬质泡沫方块和聚氨酯灌注层，平面型矢量水听器单元镶嵌安装于与其相同厚度的硬质泡沫方块的预留孔位中，两者紧密接触且由聚氨酯灌注层完全包覆，平面型矢量水听器单元之间采用串、并联混用连接结构。作为优选，由9个平面型矢量水听器单元组成，3个平面型矢量水听器单元为一组并联连接形成三组单元，平面型矢量水听器单元的正负极焊接于电极上，三组单元之间用导线串联连接，正负极引出线与输出电缆相连；9个平面型矢量水听器单元镶嵌安装在方形的硬质泡沫方块中的预留孔位中，再将整体用聚氨酯灌注封装。平面矢量水听器模块的自由场声压灵敏度比水听器单元增加9dB，而电容量与单元相当。作为优选，所述的预留孔位为与平面型矢量水听器单元等直径等厚度的圆孔，并以硬质泡沫方块的中心呈上下、左右对称分布，硬质泡沫方块的四角有四个定位安装孔。作为优选，所述的平面型矢量水听器单元是以双压电晶片为敏感元件的同振柱形矢量水听器，外壳内包含由压电材料圆片和弹性片构成的三叠片结构，双压电晶片由两片压电材料圆片按相反极化方向对称地通过胶层粘贴在弹性片的两侧，弹性片粘贴固定于外壳中。本发明有益的效果是有效地发挥矢量水听器在舷侧阵上应用的优势，提供一种适于工程实际应用的平面型矢量水听器模块。该模块结构简单，工艺稳定，同时具有较好的适装性。本发明在工作频带范围内，具有“8”字形接收指向性图，自由场声压灵敏度每倍频
3程上升6dB。本发明平均密度约为1.05g/cm3，在水中基本实现零浮力要求。和水听器单元相比，该模块自由场声压灵敏度提高约9dB。本发明应用于舷侧阵，一方面，由于矢量水听器拾取振速信号，而振速信号在软障板前具有量值最大、法线方向变化最平缓的优点，从而无需厚重的信号调节板，可以大大降低舷侧阵的重量。另一方面，由于矢量水听器具有很好的指向性，可以提高对能流方向主要平行于艇壳方向的振动分量的抑制能力，为降低本艇振动噪声的影响提供了物理机制。
图1本发明安装结构示意图2本发明采用平面型矢量水听器单元剖面结构示意图； 图3本发明实施例接收指向性实测图1 ； 图4本发明实施例接收指向性实测图2 ； 图5本发明实施例接收指向性实测图3 ； 图6本发明实施例接收指向性实测图4 ； 图7本发明实施例自由场声压灵敏度实测图。附图标记说明1—平面型矢量水听器单元，2——硬质泡沫方块，3——聚氨酯灌注层，4——电极，5——安装定位孔，6——输出电缆，7——压电材料圆片，8——胶层， 9——弹性片，10——外壳。
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
本发明所述的这种平面型矢量水听器模块安装结构如附图1所示。它的主体由平面型矢量水听器单元1、硬质泡沫塑料2和聚氨酯灌注层3构成。平面型矢量水听器单元1镶嵌安装于与其相同厚度的硬质泡沫方块2的预留孔位中，两者紧密接触且由聚氨酯灌注层 3完全包覆，两者紧密接触，不留空隙，且由聚氨酯灌注层3完全包覆，实现水密和水中零浮力要求。同时，可以根据实际需要，将水听器形状调整为弧面。内部平面型矢量水听器单元 1的串、并联方式可根据接收系统对大面积薄板型矢量水听器的灵敏度与电容量的要求确定。串联方式可提高水听器灵敏度、并联方式可提高水听器电容量，可采用串、并联混用方式。其中，平面型矢量水听器单元1(如附图2所示)是以双压电晶片为敏感元件的同振柱形矢量水听器，由压电材料圆片7、弹性片9和外壳10组件构成，外壳10内包含由压电材料圆片7和弹性片9构成的三叠片结构，两片压电材料圆片7按相反极化方向对称地通过胶层粘贴在弹性片9的两侧，弹性片9粘贴固定于外壳10中。本实施例中，平面型矢量水听器单元1选用锆钛酸铅(PZT-5A)压电陶瓷片作为压电材料圆片7，其尺寸为 Φ30^Χ1. Omm (弹性片可以选用金属材料，也可选用有机材料，如环氧树脂等)；弹性片9 采用环氧树脂，其尺寸为Φ38πιπιΧ0. 5mm ；将两片压电材料圆片7按相反极化方向对称地用高温环氧胶粘贴在弹性片9的两侧，并注意保证同心度，导线的连接方式如附图2所示，再用504胶将弹性片9固定于在上下外壳10中。本发明由9个平面型矢量水听器单元1组成，3个平面型矢量水听器单元1为一组并联连接形成三组单元，平面型矢量水听器单元1的正负极焊接于电极4上，三组单元之间用导线串联连接，正负极引出线与输出电缆6相连；9个平面型矢量水听器单元1镶嵌安装在方形的硬质泡沫方块2中的预留孔位中。所述的预留孔位为与平面型矢量水听器单元1等直径等厚度的圆孔，并以硬质泡沫方块2的中心呈上下、左右对称分布，硬质泡沫方块2的四角有四个定位安装孔5，供灌注定位及安装时用，同时，必须具有较好的刚性，使大面积薄板型矢量水听器的谐振频率在其工作频率范围之外。选用加速度响应一致性较好的9个平面型矢量水听器单元1，喷砂处理后镶嵌安装于尺寸为140mmX 140mm X 20mm的硬质泡沫方块2预留孔位中。将6根 IOOmmX2mmX0. 2mm的铜皮经砂纸打磨后，用504胶粘贴在如附图1所示位置作为电极正反两面各3条。先将同一行的三个水听器单元的正负极分别焊接于其上方对应的正反两面的电极4上，再将三组水听器用导线串联起来，正负极引出线与输出电缆6相连。利用四个定位孔将其整体固定于灌注模具中，并用聚氨酯灌注，灌注后模块的尺寸为 180mmX 180mm X 30mm。附图3-6为该实施例的接收指向性实测图，试件编号为2#，图3中测试频率: 1000Hz，凹点深度46. 4dB，最大值不均勻性0. OdB ；图4中测试频率:500Hz，凹点深度 45. 7dB，最大值不均勻性0. 4dB;图5中测试频率630Hz，凹点深度40. 3dB，最大值不均勻性:1. OdB ；图6中测试频率:800Hz,凹点深度28. 3dB，最大值不均勻性0. IdB ；从图中可以看到，该平面型矢量水听器模块在工作频带内具有较对称的“8”字形接收指向性图。附图7为该实施例的自由场声压灵敏度实测图，从图中可以看到，该平面型矢量水听器模块自由场声压灵敏度每倍频程上升6dB。除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.一种大面积薄板型矢量水听器，其特征是包括一组平面型矢量水听器单元(1)、硬质泡沫方块(2 )和聚氨酯灌注层(3 )，平面型矢量水听器单元(1)镶嵌安装于与其相同厚度的硬质泡沫方块(2)的预留孔位中，两者紧密接触且由聚氨酯灌注层(3)完全包覆，平面型矢量水听器单元(1)之间采用串、并联混用连接结构。
2.根据权利要求1所述的大面积薄板型矢量水听器，其特征是由9个平面型矢量水听器单元(1)组成，3个平面型矢量水听器单元(1)为一组并联连接形成三组单元，平面型矢量水听器单元(1)的正负极焊接于电极(4)上，三组单元之间用导线串联连接，正负极引出线与输出电缆(6)相连；9个平面型矢量水听器单元(1)镶嵌安装在方形的硬质泡沫方块 (2)中的预留孔位中。
3.根据权利要求2所述的大面积薄板型矢量水听器，其特征是所述的预留孔位为与平面型矢量水听器单元(1)等直径等厚度的圆孔，并以硬质泡沫方块(2)的中心呈上下、左右对称分布，硬质泡沫方块(2)的四角有四个定位安装孔(5)。
4.根据权利要求1或2或3所述的大面积薄板型矢量水听器，其特征是所述的平面型矢量水听器单元(1)是以双压电晶片为敏感元件的同振柱形矢量水听器，外壳(10)内包含由压电材料圆片(7)和弹性片(9)构成的三叠片结构，两片压电材料圆片(7)按相反极化方向对称地通过胶层粘贴在弹性片(9)的两侧，弹性片(9)粘贴固定于外壳(10)中。
全文摘要
本发明涉及一种大面积薄板型矢量水听器，包括一组平面型矢量水听器单元、硬质泡沫方块和聚氨酯灌注层，平面型矢量水听器单元镶嵌安装于与其相同厚度的硬质泡沫方块的预留孔位中，两者紧密接触且由聚氨酯灌注层完全包覆，平面型矢量水听器单元之间采用串、并联混用连接结构。本发明有益的效果是有效地发挥矢量水听器在舷侧阵上应用的优势，提供一种适于工程实际应用的平面型矢量水听器模块。该模块结构简单，工艺稳定，同时具有较好的适装性。本发明在工作频带范围内，具有“8”字形接收指向性图，自由场声压灵敏度每倍频程上升6dB。本发明平均密度约为1.05g/cm3,在水中基本实现零浮力要求。
文档编号G01H11/06GK102183293SQ201110048680
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者孙伟, 孟洪, 白琳琅, 葛辉良, 许欣然, 郑震宇 申请人:中国船舶重工集团公司第七一五研究所