抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板及其安装方法技术

本发明专利技术提供了一种抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板，包含障板主体与防水包覆层。障板主体为圆环形结构，具有中心孔以便安装声障板。声障板的防水包覆层覆盖声障板的所有亲水面，表面均匀平整，无裂缝，无气泡。本发明专利技术还提供了一种使用上述障板的安装方法，在圆柱换能器需要进行波束抑制的轴向端的反向端面，通过声障板特定的安装方式，可实现收发换能器之间大于20dB的声隔离效果。通过障板及其安装方法可以有效提高圆柱换能器的垂直波束径轴比，从而提高系统的隔离度，更好的实现声学换能器边发边收的功能。

【技术实现步骤摘要】
抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板及其安装方法
本专利技术涉及水声换能器设计领域、水声无源材料领域，具体地，涉及抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板及其安装方法。
技术介绍
现有水声设备为了实现边收边发的功能，要求收、发换能器系统具有良好的声隔离性能，即发射换能器发射大功率宽带信号时，接收换能器不受发射信号影响而依旧能接收远处的声纳信号。通常边收边发的换能器选用具有水平全向特性的圆柱换能器，声障板的加入改变了圆柱换能器周围的声场环境，从而改变了圆柱换能器的垂直指向性，尤其抑制了圆柱换能器轴向声辐射，即垂直波束径轴比。除了拉大收、发换能器之间的距离提高声隔离效果以外，通常在收、发换能器之间的某一位置加入一定尺寸的声障板，从而抑制发射换能器对接收换能器的信号干扰。要想通过加入障板的办法获得较好的系统声隔离性能，需要对加入障板的性能、尺寸和安装位置作深入的研究。收发系统在空间尺寸受限的条件下，最大可实现约10dB的声隔离度。本专利技术在圆柱换能器需要进行波束抑制的轴向端的反向端面，通过声障板特定的安装方式，可实现收发换能器之间大于20dB的声隔离效果。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板及其安装方法。根据本专利技术提供的一种抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板，包含障板主体1与防水包覆层2；障板主体1为圆环形结构，外径≥3λ/2；其中λ为圆柱换能器7所需抑制轴向声辐射的频率对应的波长，λ＝c/f，c为声波在水中的声速，f为所需抑制轴向声辐射的频率，防水包覆层2覆盖障板主体1的所有亲水面。优选地，障板主体1的材料的声特性阻抗R≤1×106(N﹒s/m3)，障板主体1的材料的声压反射系数rP≥0.85；障板主体1的厚度5mm-20mm，内径4mm-10mm。优选地，防水包覆层2厚度h≤0.5mm。优选地，防水包覆层2表面均匀平整，无裂缝，无气泡。根据本专利技术提供的一种使用上述的声障板的安装方法，包括以下步骤：步骤1：将中轴螺杆6安装固定在圆柱换能器7远离电缆一侧的端盖8上，中轴螺杆6与圆柱换能器7的轴心重合，通过中轴螺杆6对障板主体1进行定位，使障板主体1的圆面与圆柱换能器7的中轴保持垂直；步骤2：确定中轴螺杆6的长度L＝L1+L2+L3+L4，其中L1为中轴螺杆6螺进换能器远离电缆一侧的端盖8内部的螺纹长度；L2为需要抑制圆柱换能器7轴向声辐射的中心频率f对应的半波长λ/2的整数倍减去圆柱换能器7的轴向长度；L3为障板主体1和前后两个防水包覆层2的厚度；L4为调整的距离，由垫片4配合进行调整控制；步骤3：将中轴螺杆6穿过障板主体1的中心通孔，障板主体1靠近圆柱换能器7的一侧配合安装用于固定位置的螺母(5)，另一侧依次安装若干垫片4和螺杆的端盖螺钉(3)，将障板主体1两头夹紧固定在中轴螺杆6上。优选地，中轴螺杆6的材质为碳纤维或尼龙材料。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术可以针对特定频率下的换能器轴向声辐射进行有效抑制，有效的提高了换能器垂直波束径轴比约10dB，相比未安装障板的圆柱换能器更好的实现了声系统的边发边收的功能。2、本专利技术的结构设计简单，不需要在圆柱换能器的盖板上增加辅助安装设备，方便安装，且障板的安装不但对圆柱换能器的其他声学性能没有造成影响，而且避开了换能器电缆的位置，增强工程应用性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为障板结构示意图；图2为障板结构示意图；图3为障板与圆柱换能器安装示意图；图4为采用本专利技术，安装障板前后圆柱换能器垂直波束径轴比对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术为了更好的实现声系统的边发、边收的功能，提高收、发换能器之间的隔离效果，根据声障板性能、尺寸和安装位置对圆柱换能器垂直波束径轴比的影响规律，探索出一种抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板及其安装方法。本具体实施例涉及一种抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板及其安装方法。下面结合附图1对本专利技术型实施例的具体实施方式做进一步的详细阐述：图1、图2是一种抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板示意图，本专利技术提供的抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板，包含障板主体1与防水包覆层2；障板主体1为圆环形结构。由于该实施例所要抑制的圆柱换能器的频率为15kHz，依据λ＝c/f，λ＝100mm，障板外径选择150mm，障板厚度10mm，障板中心为内径8mm的通孔，以便安装声障板。声障板材料选择声特性阻抗R＝0.3×106(N.s/m3)的硬质泡沫，障板材料的声压反射系数rP＝0.9。声障板的防水包覆层覆盖了声障板的所有亲水面，包覆层厚度h＝0.3mm。实施例中包覆后的障板表面均匀平整，无裂缝，无气泡。本专利技术还提供了一种使用上述声障板的安装方法，包括以下步骤：步骤1：如图3所示，将中轴螺杆6安装固定在圆柱换能器7远离电缆9的一侧端盖8上，中轴螺杆6与圆柱换能器7的轴心重合，通过中轴螺杆6对障板主体1进行定位，使声障板的圆面与圆柱换能器的中轴保持垂直。其中换能器7是直径为45mm，轴向长度为90mm的聚氨酯浇注的圆柱形换能器；步骤2：确定中轴螺杆6的长度L＝L1+L2+L3+L4，其中L1为中轴螺杆螺进换能器端盖8内部的螺纹长度，该实施例中为5mm；L2为需要抑制圆柱换能器轴向声辐射的中心频率15kHz对应的半波长3λ/2＝150mm减去圆柱换能器的轴向长度90mm，即60mm；L3为10.6mm是声障板和前后两个包覆层的厚度；L4为微调的距离，该实施例中取1mm的垫片4配合进行微调控制，由此可知，中轴螺杆6为长度76.6mm的碳纤维全螺纹螺杆。步骤3：将中轴螺杆6穿过圆环形声障板的中心通孔，障板主体1靠近换能器的一侧配合安装用于固定位置的螺母5，另一侧依次安装一个1mm微调垫片4和螺杆的端盖螺钉3，将障板主体1两头夹紧固定在中轴螺杆6上。图4为采用本专利技术，安装抑制圆柱换能器轴向声辐射障板前后的圆柱换能器垂直波束径轴比对比图，其中需要对0°方向轴向声压进行抑制，将障板安装在180°方向。从图3中可以看出，安装了障板后，换能器远离障板的一侧垂直波束的径轴比获得了较大的提高，径轴比提高到20dB以上，为系统边发边收技术的实现具有重要意义。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板，其特征在于，包含障板主体(1)与防水包覆层(2)；障板主体(1)为圆环形结构，外径≥3λ/2；其中λ为圆柱换能器(7)所需抑制轴向声辐射的频率对应的波长，λ＝c/f，c为声波在水中的声速，f为所需抑制轴向声辐射的频率，防水包覆层(2)覆盖障板主体(1)的所有亲水面。

【技术特征摘要】
1.一种抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板，其特征在于，包含障板主体(1)与防水包覆层(2)；障板主体(1)为圆环形结构，外径≥3λ/2；其中λ为圆柱换能器(7)所需抑制轴向声辐射的频率对应的波长，λ＝c/f，c为声波在水中的声速，f为所需抑制轴向声辐射的频率，防水包覆层(2)覆盖障板主体(1)的所有亲水面。2.依据权利要求1中所述的抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板，其特征在于，障板主体(1)的材料的声特性阻抗R≤1×106(N﹒s/m3)，障板主体(1)的材料的声压反射系数rP≥0.85；障板主体(1)的厚度5mm-20mm，内径4mm-10mm。3.依据权利要求1中所述的抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板，其特征在于，防水包覆层(2)厚度h≤0.5mm。4.依据权利要求1中所述的抑制圆柱换能器轴向声辐射的障板，其特征在于，防水包覆层(2)表面均匀平整，无裂缝，无气泡。5.一种使用权利要求1至4中任一项所述的声障板的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将中轴螺杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏慧，胡健辉，张睿，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二六研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31