本发明属于换能器技术领域，具体涉及一种高灵敏度高频宽带接收圆柱阵实现方法。
背景技术：
随着信号处理技术及DSP硬件的发展，信号处理机所能处理的频段越来越宽，因此对换能器提出了更高的带宽要求。另外，随着水声技术的发展，高频宽带换能器在军事和民用领域的应用越来越广泛，例如反蛙人声纳、水下成像声纳、浅海多波束声纳等，这些声纳都需要高灵敏度宽带接收基阵。
高频宽带接收基阵通常采用压电薄膜材料PVDF或1-3复合材料来实现，其中PVDF水听器灵敏度偏低，一般只有-200dB左右，且电容量小，容易受电磁干扰影响。1-3复合材料制作过程复杂，电极容易脱落，在300kHz以下与陶瓷颗粒相比没有技术优势。
反蛙人声纳探测的是近距离小目标，一般都需要全向快速警戒，因此通常布成圆柱阵，并采用波束扫描的方式实现蛙人探测。另外，反蛙人声纳一般工作在浅水区，因此通常采用高频宽带信号来抑制浅海混响。对于高频宽带信号来说，低频段与高频段信号分量的传播衰减差异很大，因此需要进行一定的补偿，可以采用接收灵敏度随频率递增的方式来补偿，这种补偿方式不仅可以充分利用信号的带宽，同时还可对环境噪声进行白化。最后，高频海洋环境噪声较低，因此需要高灵敏度的水听器来提高输出端的信噪比，实现小目标的检测。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种高灵敏度高频宽带接收圆柱阵实现方法，该方法具有工作频带宽、灵敏度高、可实现频率补偿的优点。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种高灵敏度高频宽带接收圆柱阵实现方法，其主要包括以下步骤：
步骤一：根据工作中心频率f及陶瓷颗粒的纵向声速v确定陶瓷颗粒的高度h，即h＝v/(2f)，之后确定陶瓷颗粒的长度a和宽度b；
步骤二：把多个陶瓷颗粒排成一列，负极在上，正极在下，中间用去耦层隔开，整个长度满足波束宽度的要求。
步骤三：根据所需的带宽选择陶瓷颗粒与匹配层之间的占空比γ，占空比是指陶瓷颗粒与匹配层粘接的面积与匹配层面积之比；
步骤四：根据占空比选择定位盒每条边框的厚度t、去耦层的厚度d，使得(a*b)/((a+d)*(b+2t))＝γ；
步骤五：把所有陶瓷颗粒正极与负极分别并联，用两根导线引出；
步骤六：把陶瓷颗粒负极与匹配层粘接，正极与铜条背衬粘接，铜条背衬后面再粘接一条硬质泡沫条用于去耦；
步骤七：按步骤二和步骤四计算的尺寸加工一个定位盒，定位盒后边有两个卡扣，用于锁紧定位盒，两个卡扣之间为三角形定位块，与安装基座上的三角形凹槽配合，用来保证定位盒的径向角度；
步骤八：把所有构件装入定位盒中，得到单条水听器；
步骤九：把44条水听器安装在定位基座上，上下用两个弧形上下压条压紧定位卡扣，每两路水听器之间用软木橡皮去耦；
步骤十：在定位基座另一面安装一块水密盖板，水密盖板外围有一道凹槽，用来安放O型密封圈，中间固定一块带有两个矩形接插件的转接电路板，用来引出所有水听器的连线；
步骤十一：整体灌注水密聚氨酯，得到单个接收水听器模块；
步骤十二：在一个八角形的电子舱上安装八个接收水听器模块，最后得到一个接收圆柱阵。
作为优选，所述陶瓷颗粒的高度是其长和宽中最大尺度的1.5倍以上。
作为优选，百分比带宽达到60％时取γ＝0.4左右。
本发明的有益效果为：
1、采用陶瓷颗粒前后粘接铜背衬和匹配层的方法，可以有效拓展水听器的工作频带，提高接收灵敏度，并且通过合理选择匹配层和铜背衬的厚度，可以使得接收灵敏度随频率升高而增加，解决高频宽带信号不同频率分量传播衰减差异大的问题。
2、结构简单、工艺可靠、组阵方便。
附图说明
图1：本发明一个较佳实施例的单个接收水听器结构分解图；
图2：本发明一个较佳实施例的单个接收水听器模块结构分解图；
图3：本发明一个较佳实施例的单个接收水听器模块装配图；
图4：本发明一个较佳实施例的接收圆柱阵装配图；
图5：本发明一个较佳实施例的接收灵敏度曲线。
附图标记说明：1－定位盒、2－硬质泡沫条、3－铜条背衬、4－陶瓷颗粒、5－匹配层、6－去耦层、7－导线、8－单条水听器、9－定位基座、10－上下压条、11－水密盖板、12－转接电路板、13－O型密封圈、14－矩形接插件、15－水密聚氨酯。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做详细的介绍：
参见图1，为采用本发明实现的高灵敏度高频宽带接收圆柱阵中的单条水听器。本实施例中单条水听器采用14个锆钛酸铅(PZT-5)压电陶瓷颗粒，每个陶瓷颗粒的长宽高尺寸为13mm×5mm×6mm。匹配层长宽高尺寸为100mm×6.6mm×8mm，铜背衬长宽高尺寸为98mm×5mm×4mm，硬质泡沫长宽高尺寸为98mm×5mm×3mm。
参见图2，为采用本发明实现的单个接收水听器模块结构分解图。本实施例共采用44条水听器组成一个水听器模块。
参见图3，为采用本发明实现的单个接收水听器模块装配图。
参见图4，为采用八个接收水听器模块组成的圆柱阵。
参见图5，为单条接收水听器实测的接收灵敏度曲线。
本发明所述的这种高灵敏度高频宽带接收圆柱阵实现方法，其主要包括以下步骤：
步骤一：根据工作中心频率f及陶瓷颗粒的纵向声速v确定陶瓷颗粒的高度h，即h＝v/(2f)，之后确定陶瓷颗粒的长度a和宽度b；所述陶瓷颗粒的高度是其长和宽中最大尺度的1.5倍以上；
步骤二：把多个陶瓷颗粒4排成一列，负极在上，正极在下，中间用去耦层6隔开，整个长度满足波束宽度的要求。
步骤三：根据所需的带宽选择陶瓷颗粒与匹配层之间的占空比γ，占空比是指陶瓷颗粒与匹配层粘接的面积与匹配层面积之比；百分比带宽达到60％时取γ＝0.4左右。
步骤四：根据占空比选择定位盒每条边框的厚度t、去耦层的厚度d，使得(a*b)/((a+d)*(b+2t))＝γ；
步骤五：把所有陶瓷颗粒4正极与负极分别并联，用两根导线7引出；
步骤六：把陶瓷颗粒4负极与匹配层5粘接，正极与铜条背衬3粘接，铜条背衬3后面再粘接一条硬质泡沫条2用于去耦；
步骤七：按步骤二和步骤四计算的尺寸加工一个定位盒1，定位盒1后边有两个卡扣，用于锁紧定位盒1，两个卡扣之间为三角形定位块，与安装基座上的三角形凹槽配合，用来保证定位盒的径向角度；
步骤八：把所有构件装入定位盒中，得到单条水听器8；
步骤九：把44条水听器安装在定位基座9上，上下用两个弧形上下压条10压紧定位卡扣，每两路水听器之间用软木橡皮去耦；
步骤十：在定位基座另一面安装一块水密盖板11，水密盖板外围有一道凹槽，用来安放O型密封圈13，中间固定一块带有两个矩形接插件14的转接电路板12，用来引出所有水听器的连线；
步骤十一：整体灌注水密聚氨酯15，得到单个接收水听器模块；
步骤十二：在一个八角形的电子舱上安装八个接收水听器模块，最后得到一个接收圆柱阵。
以上对本发明的描述不具有限制性，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明权利要求的保护的情况，作出本发明的其它结构变形和实施方式，均属于本发明的保护范围。