兆赫级宽波束大功率收发一体声阵的制作方法

本发明专利属于换能器领域，具体涉及一种兆赫级宽波束大功率收发一体声阵。

背景技术：

水中目标在兆赫级频段下的回波特性在目标成像、水声模拟测量等研究领域应用较广。目前研制的兆赫级声阵，存在以下几个方面的明显不足。一是兆赫级声波频率非常高，发射阵波束非常窄，且此时声波在水中的传播损失大，导致传播距离近，因此难以通过增大声阵与目标之间的距离，实现增大声波照射面的目的，使得发射的声波不能全部覆盖具有一定体积的水中目标，继而影响其回波特性的测量与分析；二是水声发射换能器的发射功率与其辐射面大小有关，为了增强回波信号，必须增大辐射面，但这又会导致发射阵指向性增强，使得发射波束更窄，从而声波难以全面覆盖目标表面。因此，当前研制的兆赫级声阵难以同时满足发射频率、波束宽度以及辐射功率三个指标参数的要求，继而不能满足水中目标甚高频回波特性测量需求。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明专利提供了一种兆赫级宽波束大功率收发一体声阵，其功能复合，结构紧凑，可发射兆赫级声波，并能接收水中目标的反射回波。

本发明提供了一种兆赫级宽波束大功率收发一体声阵，其特征在于：包括发射阵、接收阵、信号传输线路，以及封装体，发射阵接收来自信号传输线路的声波信号并向水中目标发射兆赫级、宽波束、大功率的甚高频声波信号，接收阵用于接收水中目标的反射回波并将反射回波信号发送至信号传输线路；多个发射换能器片组成一个发射组，多个相同的发射组并排间隔分布构成发射阵；接收阵由多个单个接收换能器片组成，接收换能器片个数与组成一个发射组的发射换能器片个数一致；每个发射换能器片之间以及每个发射组之间的信号采用并联方式连接；单个接收换能器片之间信号采用并联方式连接。

所述一个发射组中多个发射换能器片并排分布，包括若干个第一发射换能器片、若干个第二发射换能器片和若干个第三发射换能器片；第一发射换能器片水平布放，第二发射换能器片和第三发射换能器片分别对称设置于第一发射换能器片两侧且与水平成一定的夹角布放。

所述多个单个接收换能器片并排水平连接布放。

所述发射阵和接收阵布放在同一个平面，多个发射组和接收阵除其阵元辐射面外分别用有机玻璃塑封，分别形成多个阵封装体。

所述接收阵布置在多个发射组中间部位。

所述发射阵辐射波束宽，水平扇面宽度为5-7度，垂直扇面宽度为2-3度，声波覆盖范围广可覆盖距离大于7m，水平宽度0.5-1.5m，纵向高度为0.2-0.4m的水中目标，且可清晰获得该目标的回波。

本发明功能复合、结构紧凑、可靠性好。本发明按照一定角度排列的发射换能器片组成的发射组，辐射的声波波束较宽，弥补了单个发射换能器片波束窄的不足，可以很好地满足水中目标水平宽度方向上的声照射需求；本发明在一个发射组满足水中目标长度方向上的声照射需求的基础上，由多个相同的发射组构成发射阵，进一步满足水中目标纵向高度方向上的声照射需求，从而实现声照射整个水中目标的需求；本发明采用多个换能器片组成发射阵，在满足声照射整个水中目标的前提下，使得声阵的辐射面大幅增加，其辐射的声功率较单个换能器片也显著增强，利于增大发射换能器阵的作用距离，增加回波信号能量，提高接收信号信噪比；本发明的发射换能器阵辐射声波信号，接收换能器阵接收声波信号，实现收发一体；接收换能器阵与发射换能器阵的个数一致，可接收到所有回波信号；且接收阵布置在多个发射组中间部位，结构合理、紧凑。

附图说明

图1是本发明平面示意图；

图2是本发明单个发射组侧视示意图；

图3是本发明接收换能器阵侧视示意图；

图4是本发明发射信号实测参数图；

其中，1-单个发射换能器片；2-发射组；3-单个接收换能器片；4-接收阵；5-封装体；6-信号输入线；7-信号输出线，8-第一发射换能器片，9-第二发射换能器片，10-第三发射换能器片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明提供了一种兆赫级宽波束大功率收发一体声阵，其特征在于：包括发射阵、接收阵、信号传输线路，以及封装体，发射阵接收来自信号传输线路的声波信号并向水中目标发射兆赫级、宽波束、大功率的甚高频声波信号，接收阵用于接收距离7m以外水中目标的反射回波并将反射回波信号发送至信号传输线路。本发明专利发射阵由多个发射组2构成，发射组2则由多个发射换能器片1组成，辐射的声波信号通过信号传输线路的信号输入线6与发射阵相连，向前方扇面辐射声能，根据试验目标的尺寸和距离要求确定组成发射组2的发射换能器片1的个数1-3，以及多片发射换能器片之间的排列方式、发射组2的个数和空间排列(决定图1中r2、r1、r等尺寸的大小，从而决定整个装置的尺寸)，r2的变化范围为25-35mm，r1的变化范围为30-40mm，r的变化范围为230-300mm，从而实现宽波束的要求，保证兆赫级声波照射到整个目标表面，获得水中目标的全部回波；同时，由于多个发射换能器片同时辐射声能，增大了换能器的辐射面，使得辐射声功率增大，利于增大声波作用距离，目标回波更强，增加信噪比，利于分析目标的回波特征，从而充分利用其特性；接收阵4由多个单个接收换能器片3组成，其个数与组成一个发射组的发射换能器片个数一致，多个接收换能器片利于增大接收面积，提高回波信号信噪比。

参见图2，发射组2中，单个发射换能器片1之间按照一定的空间排列方式，中间的第一发射换能器片8水平布放，左侧的第二发射换能器片9、右侧的第三发射换能器片10均与水平成一定的夹角对称布放，大小与发射中心频率以及发射换能器片宽度w2有关，w2的变化范围为3-8mm，从而使得辐射的声波能量更加集中，回波更强。每个单个发射换能器片1之间信号采用并联方式连接，每个发射组2之间信号采用并联方式连接，保证声阵具有合适的阻抗，利于与发射机功放电路相匹配；

参见图3，多个单个接收换能器片3水平连接布放，单个接收换能器片3之间信号采用并联方式连接，使得接收阵保持较大的电容值，利于抑制噪声干扰。

发射阵和接收阵布放在同一个平面，整个声阵用有机玻璃塑封(阵元辐射面不密封)，形成阵封装体5，牢固可靠，对内部元件密封效果好，可有效避免漏水、漏电，利于实验中声阵的安装，且具有较好的抗冲击能力，利于保护声阵。

图4中给出了设计声阵的实测参数，其中心频率约为3.5mhz，水平扇面宽度约为6°，垂直扇面宽度约为2.5°。发射阵辐射波束宽，水平扇面宽度约6°，垂直扇面宽度约2.5°，声波覆盖范围广，可覆盖距离7m以外，水平宽度约1m，纵向高度约0.3m的水中目标，且可清晰获得该目标的回波。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种兆赫级宽波束大功率收发一体声阵，其特征在于：包括发射阵、接收阵、信号传输线路，以及封装体，发射阵接收来自信号传输线路的声波信号并向水中目标发射兆赫级、宽波束、大功率的甚高频声波信号，接收阵用于接收水中目标的反射回波并将反射回波信号发送至信号传输线路；多个发射换能器片组成一个发射组，多个相同的发射组并排间隔分布构成发射阵；接收阵由多个单个接收换能器片组成，接收换能器片个数与组成一个发射组的发射换能器片个数一致；每个发射换能器片之间以及每个发射组之间的信号采用并联方式连接；单个接收换能器片之间信号采用并联方式连接。本发明功能复合，结构紧凑，可发射兆赫级声波，并能接收水中目标的反射回波。

技术研发人员：程广利;杜奎;卢建斌;于莹
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2017.03.27
技术公布日：2017.08.04