一种超宽带收发组合水声换能器阵制造技术

本实用新型专利技术公开一种超宽带收发组合水声换能器阵，包括机械壳体(1)、发射端(2)、接收端(3)，发射端(2)分别设置在机械壳体(1)两侧，发射端(2)与接收端(3)内部组合后，通过连接电缆(4)集成输出，接收端(3)设置在机械壳体(1)中部，且接收端(3)设置于调节支架(5)上，该装置重量轻、尺寸小，其工作频段可覆盖3kHz～100kHz，且同时具备发射和接收功能，满足水下小型设备的试验测试需求。

A UWB transceiver combined underwater acoustic transducer array

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带收发组合水声换能器阵
本技术属于水声换能器
，具体涉及一种超宽带收发组合水声换能器阵。
技术介绍
水声换能器主要功能是将电信号和声信号进行相互转换的器件，水声换能器阵则是由多个换能器组成的阵列机构，因此，水声换能器或水声换能器阵成为了水声设备中必不可少的组部件。随着海洋战略的不断推进，以及水声技术的快速发展，国内外均对换能器技术进行了深入的研究。如说明书附图5所示的美国专利4068209中介绍的深水换能器采用内部冲油方法达到压力平衡，工作深度可达11000m，利用内部油腔与结构件的耦合形成多模振动，拓宽了换能器的使用频段。美国专利4488271中通过多种不同尺寸的溢流式圆管构成多谐振腔，改变圆管的尺寸可调整工作频率，获得更宽的换能器带宽，覆盖频段为200Hz～2kHz。国外不仅注重系列化换能器的开发，同时也很注重对换能器工作性能的认知和使用潜力挖掘。到目前为止，美国已经有系列化的宽带、高效换能器用于水下装备，其中1kHz以下主要用于潜标、深海潜器等载体的声源；工作频率在1kHz～100kHz主要用于吊放声纳、水声通信、壁障声纳、探雷声纳等装备；工作频率为10kHz附近的主要应用于应答器、声学释放器等方面。可见，国外的换能器已经覆盖全工作频带，甚至覆盖全水域。国内换能器研究相比于国外起步较晚，随着国内水声技术的不断发展，国内多家科研院所做了大量工作，也取得了较好的成绩，甚至在某些应用方面已经处于世界前沿。如“蛟龙号”载人潜器上的水声通信换能器，工作频段为7kHz～15kHz，最大声源级为195dB，波束宽度为80°，工作水深可达7000m，如说明书附图6所示。为了精确测量推进器尾流气泡的声反射情况，需要对其尾流气泡层发射3kHz～100kHz的声学脉冲信号，其工作频段宽、且需同时具备发射和接收功能。另外，受到测量平台（小型ROV）的搭载能力限制，还需整个换能器阵尺寸小、重量轻。综合国内外现有换能器情况，均无覆盖上述超宽频带，且尺寸小巧、重量轻，可安装在小型测量平台上的标准产品，需要针对性设计研制。综上所述，现有国内外通用宽带换能器无论是在覆盖频率、尺寸、重量上均无法满足推进器尾流气泡测试所需，亦无类似产品，需要针对项目需求进行全新设计和研制。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题及不足，本技术提供了一种超宽带收发组合水声换能器阵。具体采用了以下设计结构及设计方案：一种超宽带收发组合水声换能器阵，包括机械壳体（1）、发射端（2）、接收端（3），发射端（2）分别设置在机械壳体（1）两侧，接收端（3）设置在机械壳体（1）中部，且接收端（3）设置于调节支架（5）上，发射端（2）与接收端（3）内部组合后，通过连接电缆（4）集成输出，其工作频段可覆盖3kHz～100kHz。优选的，所述发射端（2）包括3kHz～18kHz、18kHz～45kHz、45kHz～100kHz三个独立组件，且3kHz～18kHz和18kHz～45kHz、45kHz～100kHz分别封装在第一舱体（21）和第二舱体（22）中。优选的，所述接收端（3）包括1kHz～40kHz、40kHz～100kHz两个独立组件，且1kHz～40kHz、40kHz～100kHz分别封装在第三舱体（31）和第四舱体（32）。优选的，所述3kHz～18kHz、18kHz～45kHz、45kHz～100kHz发射换能器，均采用复合棒结构，并在多谐振峰宽带设计基础上，增加内部前压电陶瓷堆和后压电陶瓷堆的串联电阻调节发射带内平坦度。优选的，所述1kHz～40kHz水听器、40kHz～100kHz水听器均采用采用2个压电陶瓷圆环串联方式，降低重量和尺寸。优选的，所述发射端（2）和接收端（3）的组合连接线，在机械壳体（1）内进行级联。优选的，所述接收端（3）通过调节支架（5）调节高度，扩大接收端（3）接受开角。优选的，所述第一舱体（21）上部分呈喇叭形，下部分采用极化压电圆柱形。本技术的工作原理如下：本技术换能器阵发射频率为3kHz～100kHz，接收频率为1kHz～100kHz，属于收发分置结构。发射端利用三个复合棒结构发射换能器联合实现，分别对应频段为3kHz～18kHz，18kHz～45kHz，45kHz～100kHz；接收端利用2个压电陶瓷圆环串联水听器实现，其频段分别为1kHz～40kHz，40kHz～100kHz。将上述发射和接收换能器基封装一体，内部设计有匹配吸声障板，降低接收声信号在换能器阵内反射叠加，提高接收声信号信噪比。本技术与现有技术相比所产生的有益效果是：本技术在尺寸小、重量轻的基础上，实现更大频段（3kHz-100kHz）的覆盖范围，同时具备发射与接收功能，便于小型水下航行体的适合安装，满足小型航行体的实航测试需求。满足小型水下航行体上实现超宽带水声探测的换能器阵使用需求，上述小型、超宽带便携换能器阵国内外，未见相应设计及产品。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的俯视图；图3为本技术的主视图；图4为本技术的使用状态图；图5为国外现有技术的结构示意图；图6为现有技术换能器的结构示意图；图7为本技术发射端3kHz～18kHz、18kHz～45kHz、45kHz～100kHz的发射电压响应仿真结果；图8为本技术接收端1kHz～40kHz的灵敏度仿真分析结果、3kHz垂直指向性约为130°的仿真结果、40kHz垂直指向性约为73°的仿真结果图；图9为本技术接收端40kHz～100kHz的的灵敏度仿真分析结果、100kHz垂直指向性约为130°的仿真结果图图10为本技术发射声源级及指向性曲线图图11为本技术接收及指向性曲线图图12为本技术在18kHz～45kHz带内平坦度曲线图；图13为本技术在10kHz探测信号测量结果图。附图标号：1—机械壳体；2—发射端；21—第一舱体；22—第二舱体；3—接收端；31—第三舱体；32—第四舱体；4—连接电缆；5—调节支架；6—ROV。具体实施方式下面结合附图以及具体的实施例对本技术的具体实施方式进行更加详细的说明。如说明书附图1-2所示，一种超宽带收发组合水声换能器阵，包括机械壳体1、发射端2、接收端3，其中发射端23kHz～18kHz、18kHz～45kHz、45kHz～100kHz三个独立组件，3kHz～18kHz和18kHz～45kHz、45kHz～100kHz分别封装在第一舱体21和第二舱体22中，且分别设置在机械壳体1两侧，发射端（2）与接收端（3）内部组合后，通过连接电缆（4）集成输出；接收端3包括1kHz～40kHz、40kHz～100kHz两个独立组件，且1kHz～40kHz、40kHz～100kHz分别封装在第三舱体31和第四舱体3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超宽带收发组合水声换能器阵，包括机械壳体（1）、发射端（2）、接收端（3），其特征在于：发射端（2）分别设置在机械壳体（1）两侧，接收端（3）设置在机械壳体（1）中部，且接收端（3）设置于调节支架（5）上，发射端（2）与接收端（3）内部组合后，通过连接电缆（4）集成输出，其工作频段可覆盖3kHz～100kHz。/n

【技术特征摘要】
1.一种超宽带收发组合水声换能器阵，包括机械壳体（1）、发射端（2）、接收端（3），其特征在于：发射端（2）分别设置在机械壳体（1）两侧，接收端（3）设置在机械壳体（1）中部，且接收端（3）设置于调节支架（5）上，发射端（2）与接收端（3）内部组合后，通过连接电缆（4）集成输出，其工作频段可覆盖3kHz～100kHz。


2.根据权利要求1所述的一种超宽带收发组合水声换能器阵，其特征在于：所述发射端（2）包括3kHz～18kHz、18kHz～45kHz、45kHz～100kHz三个独立组件，且3kHz～18kHz和18kHz～45kHz、45kHz～100kHz分别封装在第一舱体（21）和第二舱体（22）中。


3.根据权利要求1所述的一种超宽带收发组合水声换能器阵，其特征在于：所述接收端（3）包括1kHz～40kHz水听器、40kHz～100kHz水听器两个独立组件，且1kHz～40kHz、40kHz～100kHz分别封装在第三舱体（31）和第四舱体（32）。


4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆国，李兴武，陆焕发，黄其培，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司七五零试验场，
类型：新型
国别省市：云南;53