一种球形指向性声压水听器的制作方法

本发明涉及水声学设备，尤其涉及一种球形指向性声压水听器。

背景技术：

声学目标模拟器是伴随水中兵器试验以及军队训练而诞生的武器设备，其工作原理是模拟水中目标，如潜艇、水面舰等，将鱼雷、航弹等武器设备的寻的声信号通过水听器转换为电信号，然后根据模拟目标的特性，在电信号中添加多普勒频移、目标强度等，最后再通过声压水听器将处理后的电信转换为声信号发射出去，从而使实现了声特性的目标模拟功能。

目前随着鱼雷、航弹等武器设备自导体制的进步，对声靶提出了实收实发要求，即模拟器在接收鱼雷、航弹等武器装备的寻的信号的同时发射回波信号。由于声学目标模拟器模拟的武器设备目标强度往往较大，举例而言，最大时可达28db，即模拟器接收的信号比自己回波发射的信号约小25倍。然而模拟器却只能接收小信号，而且为了模拟系统的稳定性，收发间声信号差值要求更大，否则系统便会自激。

目前的办法之一是设计谐振式指向性接收水听器或水听器线阵。该类水听器在设计频点附近可以实现较好的指向性控制，但频率远低于设计点时，指向性图向无指向性靠近；频率远高于设计点时，指向性图成尖锐的8字形，开角变得很窄。当前的声学目标模拟器工作频带往往达到2～3个倍频程，全频带内指向性开角要求大。若将水听器的设计频点置于频带的中心，频带内的低频段几乎是无指向性，而高频段指向性开角又很窄，达不到指标要求。

声压水听器存在改进空间。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种球形指向性声压水听器。解决目前声学目标模拟器上使用声压水听器在工作频带内指向性变化大，尤其低频时，几乎无指向性，导致模拟器声学隔离度小，容易自激的问题。

本发明解决该问题采用的技术方案：一种球形指向性声压水听器，其中，包括：两个压电陶瓷半球、固定结构、垫片、固定螺钉、硫化透声橡胶、导线；两个压电陶瓷半球由固定结构支撑；垫片、固定螺钉被配置为固定两个压电陶瓷半球和固定结构；导线与两个压电陶瓷半球连接；硫化透声橡胶包覆两个压电陶瓷半球。

在本发明的实施例中，所述固定结构包括连接垫；连接垫为圆环结构；两个压电陶瓷半球相互独立形成，并且开口相对地设置于连接垫外表面，并由连接垫支撑两个压电陶瓷半球开口处。

在本发明的实施例中，两个压电陶瓷半球由一个压电陶瓷球分隔形成，并且，两个压电陶瓷半球内表面保持连接，外表面通过未镀银层陶瓷而分隔；所述固定结构包括两个支撑垫，设置于压电陶瓷球的两个顶点，并且两个支撑垫的连接线通过压电陶瓷球的球心。

在本发明的实施例中，还包括：金属结构件、插头；垫片、固定螺钉被配置为将两个压电陶瓷半球和固定结构固定在金属结构件的一端；插头设置于金属结构件的另一端；导线还与插头连接。

在本发明的实施例中，两个压电陶瓷半球极化方向相同、结构尺寸相同；两个压电陶瓷半球的内表面相互连接，外表面各引出一根导线，分别作为水听器的正极和负极。

在本发明的实施例中，两个压电陶瓷半球极化方向相同、结构尺寸相同；两个压电陶瓷半球的外表面相互连接，内表面各引出一根导线，分别作为水听器的正极和负极。

本发明的有益效果是：该型水听器结构简单、指向性开角大、分辨力很高。理论上该型水听器可以屏蔽其中心面上任意点处的声源声信号，与两者间的距离无关，从而可以大大缩短水听器到声源的距离，减小系统尺寸。而且该型水听器信号处理方法简单，与传统声压水听器相同。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的一种球形指向性声压水听器的结构示意图；

图2是图1所示的一种球形指向性声压水听器的指向性发射原理图；

图3是采用本方法实际获得的中心面垂直方向声压水听器的指向性图；

图4是连接垫结构示意图；

图5是支撑垫结构示意图；

图6是采用连接垫形式的复合压电陶瓷球结构图示意图；

图7是采用支撑垫形式的复合压电陶瓷球结构图示意图。

具体实施方式

以下，结合附图和具体实施例对于本发明做进一步的说明。

图1是本发明的实施例提供的一种球形指向性声压水听器的结构示意图。如图1所示，一种球形指向性声压水听器，其中，包括：两个压电陶瓷半球2、固定结构、垫片3、固定螺钉4、硫化透声橡胶5、导线6；两个压电陶瓷半球2由固定结构支撑；垫片4、固定螺钉5被配置为固定两个压电陶瓷半球2和固定结构；导线6与两个压电陶瓷半球2连接；硫化透声橡胶5包覆两个压电陶瓷半球2。

在本发明的一个实施例中，所述固定结构包括连接垫8；连接垫8为圆环结构；两个压电陶瓷半球2相互独立形成，并且开口相对地设置于连接垫8外表面，并由连接垫8支撑两个压电陶瓷半球2开口处。

在本发明的另一个实施例中，两个压电陶瓷半球2由一个压电陶瓷球分隔形成，并且，两个压电陶瓷半球2内表面保持连接，外表面通过未镀银层陶瓷而分隔；所述固定结构包括两个支撑垫14，设置于压电陶瓷球的两个顶点，并且两个支撑垫14的连接线通过压电陶瓷球的球心。

在本发明的实施例中，还包括：金属结构件1、插头7；垫片4、固定螺钉5被配置为将两个压电陶瓷半球2和固定结构固定在金属结构件1的一端；插头7设置于金属结构件1的另一端；导线6还与插头7连接。

在本发明的实施例中，两个压电陶瓷半球2极化方向相同、结构尺寸相同；两个压电陶瓷半球2的内表面相互连接，外表面各引出一根导线，分别作为水听器的正极和负极。

在本发明的实施例中，两个压电陶瓷半球2极化方向相同、结构尺寸相同；两个压电陶瓷半球2的外表面相互连接，内表面各引出一根导线，分别作为水听器的正极和负极。

连接垫8采用绝缘材料，具体型号不限；其结构是以厚度方向的中心线形成的圆面为对称的；作为优选，连接垫的开孔设计为四边形，同时材料选用环氧玻璃布板。

金属结构件和插座可以用水密电缆代替，结构形式不限。

压电陶瓷半球以及与金属结构件连接处用透声胶硫化，起到水密、透声作用。

图2是图1所示的一种球形指向性声压水听器的指向性发射原理图。复合压电陶瓷球可以由两个半球形压电陶瓷元件通过连接垫连接组成。连接垫厚度方向的中线形成为一个圆面，这里叫中心面。在连接垫上沿中心面开两个孔，孔的中心连线经过连接垫圆柱轴线。两个半球形压电陶瓷元件以中心面为对称面，结构尺寸是完全对称的。同时两个半球形压电陶瓷元件的压电特性也相同，外表面用导线连接，内表面各引出一根导线，作为水听器的正极和负极，也可以内表面用一根导线连接，为表面各引出一根导线。复合压电陶瓷球也可以采用两个极化特性、尺寸完全相同的陶瓷半球直接粘接的方式，此时中心面为两个半球的粘接面。在粘接的陶瓷球表面沿中心面开两个孔，孔的中心连线经过球心。在每个孔上安装绝缘支撑垫，其与粘接好的陶瓷球组成复合压电陶瓷球。其接线与使用方式与上述相同。复合压电陶瓷球也可以采用一个整球，外表面通过未镀银层的隔离带均分为两半，每半引出一根导线作为水听器的正极和负极。隔离带的厚度不限，其厚度方向的中心线为一个圆，圆形成的面即是中心面。中心面上同样开两个孔，孔的中心连线经过球心。在每个孔上安装绝缘支撑垫，其与新型陶瓷球组成复合压电陶瓷球。工作时将声源置于复合压电陶瓷球的中心面上，由于声源到达每个半球的距离相等，因此由此声源激发的电信号在两根导线上大小、相位均相同。若一根导线作为正极、另一根作为负极，等同于两个信号做差分，输出为零。所以此水听器理论上可以屏蔽中心面上的声源的信号。

为了严格控制中心面的姿态并将复合压电压电陶瓷球安装在金属结构件上，连接垫、陶瓷球以及支撑垫上的开孔设计为多边形，防止陶瓷球绕金属杆旋转，并在金属结构件上标记复合压电陶瓷球的中心面。作为优选，连接垫、陶瓷球以及支撑垫上的开孔设计为四边形。

使用时将声源置于复合压电陶瓷球的中心面即可，作为优选，将声源置于金属结构件(杆形)延长线上。

复合压电陶瓷球以及与金属结构件连接处用透声胶硫化，起到水密作用。

作为优化，在金属结构件的杆上设计两个槽，两个槽以复合压电陶瓷球的中心面为对称面，以便于指向性水听器固定。

下面结合附图3-7举例对本发明的制作过程做更详细地描述：

1.根据项目指标要求，确定压电陶瓷半球2的尺寸以及极化方式；

2.若采用连接垫12结构，则截取一根双绞线6，其一端的两根芯线分别焊接在两个压电陶瓷半球2的内部，另一端从连接垫12的中间孔穿出；使用弹性胶将两个压电陶瓷半球2分别粘接在连接垫12的两边，从而组成复合压电陶瓷球；

3.若采用支撑垫14结构且为两个压电陶瓷半球2直接粘接方式，则首先截取一根双绞线6，其一端的两根芯线分别焊接在两个压电陶瓷半球2的内部，然后将压电陶瓷半球2上的两个多边形缺口对正，使用绝缘胶将其粘接为一个整球。用电导线将粘接好的陶瓷球最后在陶瓷球的两个多边形缺口处使用弹性胶安装支撑点14，从而组成复合压电陶瓷球；

4.若采用支撑垫14结构且为分割外表面电极型压电陶瓷整球的方式，则只需截取一根双绞线6，其一端的两根芯线分别焊接均分的压电陶瓷球外表面两个电极上，再在陶瓷球的两个多边形缺口处使用弹性胶安装支撑垫14，从而组成复合压电陶瓷球；

5.从复合压电陶瓷球中挑出双绞线6，将其从金属结构件1的多边形一端穿入，另一端穿出；

6.将复合压电陶瓷球套装在金属结构件1的多边形一端，套装时确保复合压电陶瓷球的中心面为金属结构件1上两个开槽的对称面；

7.用垫片3、固定螺钉4将复合压电陶瓷球与金属结构件1固定，防止相互间旋转与脱落；

8.将从金属结构件1另一端穿出的双绞线6焊接在插座7上，再将插座7固定在金属结构件穿出双绞线6的一端；

9.在复合压电陶瓷球外表面硫化透声橡胶5。

最后说明，以上实例仅用以说明本发明的技术方案，并且不限于此，而是在应用上可以延伸到其它的修正、变化。

本发明可以使水听器屏蔽特定方向的信号而不影响其它方向信号接收，并且信号处理方法与传统水听器相同，同时可以提高水听器的空间增益。