一种压力自平衡弯曲圆盘换能器及其制作方法与流程

：本发明属于水声换能器，具体涉及一种压力自平衡弯曲圆盘换能器及其制作方法。

背景技术

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背景技术：

1、弯曲圆盘换能器为扁平圆饼形状，两片陶瓷分别粘接在带有空气腔的金属支撑板两侧，换能器结构关于中间面严格对称，由于空气腔直径接近支撑板直径，可形成良好的简支边界条件，因此该换能器具有小尺寸低频发射特性，且发射效率较高。

2、弯曲圆盘换能器在低频发射频段上，如果尺寸、重量不是主要限制因素，在发射性能和尺寸、重量之间权衡设计后，单纯依靠结构承压可较为轻松的实现几百米级水深工作能力。但声纳浮标外形尺寸为标准尺寸，不能进行更改，且声纳浮标采用电池供电，对各部件的尺寸、重量要求极为苛刻，因此低频主动声纳浮标发射换能器的可选设计方案相对有限，以铝合金为支撑板的弯曲圆盘换能器在目前的技术能力上算是最优选择了，由于铝合金材料机械强度相钢和钛合金偏弱，因此其最大工作水深受到了较大限制，仅能工作在150米左右。在标准浮标尺寸及1.5khz左右工作频率下，除弯曲圆盘换能器以外的纵振换能器、圆环换能器或弯张换能器是无法满足装机要求的，常规弯曲圆盘换能器深水工作能力又弱。受制于此，目前低频主动声纳浮标极限工作水深150米，与被动接收浮标声纳最大300米工作水深不相匹配，进而影响主被动联合探测性能。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种压力自平衡弯曲圆盘换能器及其制作方法，该压力自平衡弯曲圆盘换能器与常规弯曲圆盘换能器相比，可在基本不改变外形尺寸和重量的条件下，工作水深提升1.5-2.0倍。

2、本发明的技术解决方案是，提供一种压力自平衡弯曲圆盘换能器,包括换能器本体，换能器本体中具有空气腔，空气腔内设有压力平衡结构，压力平衡结构采用轻质材料制作而成，其表面线形与弯曲圆盘换能器无气压平衡结构最大耐水深时的挠度曲线相一致，可在空气腔在静水压力下发生形变时，产生压力补偿，抵消部分静水压力，进而达到提升耐深水能力的目的。

3、本发明的压力自平衡换能器，外形结构及工作模式同常规弯曲圆盘换能器，但空气腔内部设计一个气压自平衡结构，可使弯曲圆盘换能器在承受静水压力下，结构形变过程中产生一定内压，抵消部分静水压力，进而达到提升工作水深的目的。

4、作为优选，轻质材料为高硬度聚氨酯泡沫。

5、作为优选，压力平衡结构直径与空气腔直径一致，中间厚度为3.8mm。

6、作为优选，换能器本体上还设有充气螺钉，充气螺钉与空气腔连通，充气螺钉用于向空气腔预充补偿气体。换能器在制作过程中，空气腔内部预充一定气体，可达到更优的深水工作能力。

7、作为优选，充气螺钉为m2.5×6mm不锈钢螺钉。

8、作为优选，换能器本体包括金属支撑环、金属支撑板、压电圆片，连接线、焊片、紧固螺钉、水密层和发射电缆，其中，金属支撑板有两片，用来粘接压电圆片，并与金属支撑环构成密闭空气腔。

9、作为优选，连接线用于换能器正极引线、负极引线与发射电缆连接。

10、作为优选，焊片通过紧固螺钉固定在金属支撑板上。

11、进一步的，本发明还提供一种上述压力自平衡弯曲圆盘换能器的制作方法，包括以下操作，

12、元器件处理：将压电圆片粘接面打毛，去氧化层，并用酒精擦洗干净；将金属支撑板和金属支撑环用汽油浸泡清洗；

13、喷砂：将金属支撑板与压电圆片粘接面喷砂粗化；

14、压电圆片粘接：将环氧粘接剂均匀涂在金属支撑板板喷砂位置，将压电圆片负极与金属支撑板粘接，擦掉多余环氧粘接剂，放入烘箱固化，形成弯曲振子；

15、振子合并：将两片固化后的弯曲振子通过过盈配合压入金属支撑环，形成换能器振子；

16、焊线：将焊片用紧固螺钉紧固在金属支撑板上，用高温导线并联两个焊片，并引出换能器负极；用高温导线并联两片压电圆片，引出换能器正极；将正、负极与发射电缆对接；

17、预充气：将焊好线的换能器振子在高压环境中拧紧充气螺钉，并通过充气螺钉对空气腔内预充气体；

18、水密：将组装完成后的换能器振子放入专用灌注模具，预热后注入聚氨酯橡胶，聚氨酯橡胶与模具齐平后停住注胶，然后放入烘箱固化成型。

19、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

20、本发明以弯曲圆盘换能器为设计基础，按其最大工作水深挠度曲线在其空气腔内部设计一压力平衡结构，该平衡结构可增强静水压力下空气腔形变而产生的内部气压变化，进而逆向抵消静水压力的作用，达到提升换能器耐深水工作能力。该设计方法可在不改变外常规弯曲圆盘换能器形尺寸，且基本不增加换能器重量的前提下实现提升工作水深的目的。

技术特征：

1.一种压力自平衡弯曲圆盘换能器,包括换能器本体，换能器本体中具有空气腔，其特征在于：空气腔内设有压力平衡结构，压力平衡结构采用轻质材料制作而成，其表面线形与弯曲圆盘换能器无气压平衡结构最大耐水深时的挠度曲线相一致，可在空气腔在静水压力下发生形变时，产生压力补偿，抵消部分静水压力，进而达到提升耐深水能力的目的。

2.根据权利要求1所述的压力自平衡弯曲圆盘换能器，其特征在于：轻质材料为高硬度聚氨酯泡沫。

3.根据权利要求1所述的压力自平衡弯曲圆盘换能器，其特征在于：压力平衡结构直径与空气腔直径一致，中间厚度为3.8mm。

4.根据权利要求1所述的压力自平衡弯曲圆盘换能器，其特征在于：换能器本体上还设有充气螺钉，充气螺钉与空气腔连通，充气螺钉用于向空气腔预充补偿气体。

5.根据权利要求4所述的压力自平衡弯曲圆盘换能器，其特征在于：充气螺钉为m2.5×6mm不锈钢螺钉。

6.根据权利要求1所述的压力自平衡弯曲圆盘换能器，其特征在于：换能器本体包括金属支撑环、金属支撑板、压电圆片，连接线、焊片、紧固螺钉、水密层和发射电缆，其中，金属支撑板有两片，用来粘接压电圆片，并与金属支撑环构成密闭空气腔。

7.根据权利要求6所述的压力自平衡弯曲圆盘换能器，其特征在于：连接线用于换能器正极引线、负极引线与发射电缆连接。

8.根据权利要求6所述的压力自平衡弯曲圆盘换能器，其特征在于：焊片通过紧固螺钉固定在金属支撑板上。

9.根据权利要求1-8任一项所述的压力自平衡弯曲圆盘换能器的制作方法，其特征在于：包括以下操作，

技术总结
本发明涉及一种压力自平衡弯曲圆盘换能器及其制作方法，包括换能器本体，换能器本体中具有空气腔，空气腔内设有压力平衡结构，压力平衡结构采用轻质材料制作而成，其表面线形与弯曲圆盘换能器无气压平衡结构最大耐水深时的挠度曲线相一致，可在空气腔在静水压力下发生形变时，产生压力补偿，抵消部分静水压力。本发明与常规弯曲圆盘换能器相比，可在基本不改变外形尺寸和重量的条件下，工作水深提升1.5‑2.0倍。

技术研发人员：姚纪元,王建,黄峪嘉
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一五研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11