水声换能器阵制造技术

一种水声换能器阵，涉及声学传感器技术领域。该水声换能器阵包括结构件和设置在结构件上的若干个阵元；多个阵元按照预设形状间隔设置并形成阵列；每个阵元包括沿结构件的厚度方向依次固定连接的弛豫铁电单晶、绝缘块、后质量块、正极引出线和负极引出线；或者，每个阵元包括沿结构件的厚度方向依次固定连接的匹配块、弛豫铁电单晶、绝缘块、后质量块、正极引出线和负极引出线；后质量块被配置为实现弛豫铁电单晶能量大部分向前发射，阻止声音的后向传输，并减少弛豫铁电单晶的用量。本发明专利技术的目的在于提供一种水声换能器阵，以解决现有技术中存在的在保证换能器能量转换效率和宽带的前提下，难以兼顾微型化、轻型化、便捷性的技术问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
水声换能器阵


[0001]本专利技术涉及声学传感器
，具体而言，涉及一种水声换能器阵。

技术介绍

[0002]水声换能器可实现电能和声能的相互转换，是声呐探测设备的主要组成部分。换能器在施加一定的电压后，向水中发射探测声波，接收经探测目标反射的回波，并转换成微弱的回波电信号，再经信号处理得到目标的距离、方位、性质等信息。随着休闲渔业的兴起，便捷、轻型、高性能的水声换能器在探鱼的便捷性和针对性方面发挥着越来越重要的作用。
[0003]目前，探鱼用水声换能器通常采用压电陶瓷或复合材料作为压电元件。压电陶瓷的柔顺系数一般较小，换能器尺寸较大，不利于换能器的微型和轻型化。压电陶瓷的声阻抗远高于水介质，使得大部分声场能量在水和陶瓷的界面处发生发射，降低了能量转换效率。此外，压电陶瓷换能器的带宽一般较窄。复合材料换能器虽然可通过设置足够大的电容量，来达到较高的接收灵敏度，且有较好的宽带性能，但较大的电容量使得换能器尺寸较大，不利于器件的微型化和便携性。复合材料换能器还存在长期使用性不佳的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种水声换能器阵，以在一定程度上解决现有技术中存在的在保证换能器能量转换效率和宽带的前提下，难以兼顾微型化、轻型化、便捷性的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]一种水声换能器阵，包括结构件和设置在所述结构件上的若干个阵元；多个所述阵元按照预设形状间隔设置并形成阵列；
[0007]每个所述阵元包括弛豫铁电单晶、绝缘块、后质量块、正极引出线和负极引出线，所述弛豫铁电单晶、所述绝缘块和所述后质量块沿所述结构件的厚度方向依次固定连接；或者，每个所述阵元包括匹配块、弛豫铁电单晶、绝缘块、后质量块、正极引出线和负极引出线，所述匹配块、所述弛豫铁电单晶、所述绝缘块和所述后质量块沿所述结构件的厚度方向依次固定连接；
[0008]所述匹配块被配置为实现所述弛豫铁电单晶和水介质之间的声阻抗匹配，以提高水声换能器阵的声传输和带宽性能；
[0009]所述弛豫铁电单晶被配置为实现水声换能器阵的宽带和微型轻型化；
[0010]所述绝缘块被配置为实现所述弛豫铁电单晶和所述后质量块之间的电绝缘；
[0011]所述后质量块被配置为实现所述弛豫铁电单晶能量大部分向前发射，阻止声音的后向传输，并减少所述弛豫铁电单晶的用量；
[0012]所述正极引出线连接所有所述阵元的所述弛豫铁电单晶的正极，所述负极引出线连接所有所述阵元中所述弛豫铁电单晶的负极；或者，所述正极引出线的数量为多个，每个所述正极引出线分别连接若干个所述阵元的所述弛豫铁电单晶的正极，所述负极引出线的
数量为多个，每个所述负极引出线分别连接若干个所述阵元的所述弛豫铁电单晶的负极。
[0013]在上述任一技术方案中，可选地，所述弛豫铁电单晶为铌锌酸铅
‑
钛酸铅单晶、铌锌酸铅
‑
钛酸铅单晶衍生物、铌镁酸铅
‑
钛酸铅单晶、铌镁酸铅
‑
钛酸铅单晶衍生物、铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅单晶、铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅单晶衍生物、铌铟酸铅
‑
铌镁酸铅
‑
钛酸铅单晶或铌铟酸铅
‑
铌镁酸铅
‑
钛酸铅单晶衍生物。
[0014]在上述任一技术方案中，可选地，所述弛豫铁电单晶采用[011]晶向极化、[100]晶向驱动和[0
‑
11]晶向驱动的横向振型；
[0015]或者，所述弛豫铁电单晶采用[011]晶向极化、[100]晶向驱动的横向振型；
[0016]或者，所述弛豫铁电单晶采用[011]晶向极化、[0
‑
11]晶向驱动的横向振型。
[0017]在上述任一技术方案中，可选地，所述弛豫铁电单晶采用[011]切型d
32
模式弛豫铁电单晶和/或d
31
模式弛豫铁电单晶。
[0018]在上述任一技术方案中，可选地，所述弛豫铁电单晶、所述绝缘块和所述后质量块依次粘接固定；或者，所述匹配块、所述弛豫铁电单晶、所述绝缘块和所述后质量块依次粘接固定。
[0019]在上述任一技术方案中，可选地，所述匹配块的数量与所述阵元的数量相等，每个所述阵元包括一个所述匹配块；以实现每个阵元与水介质之间的声阻抗匹配；
[0020]或者，所述匹配块的数量为多个，每个所述匹配块分别对应若干个所述阵元的所述匹配块；
[0021]或者，所述匹配块的数量为一个，所有所述阵元的所述匹配块为一个整体，以实现整个阵列与水介质之间的声阻抗匹配。
[0022]在上述任一技术方案中，可选地，多个所述阵元形成的阵列为平面阵、凸型阵、球形阵，或者其他阵型。
[0023]在上述任一技术方案中，可选地，多个所述阵元形成阵列的形状为圆形、椭圆形、矩形、六边形或者其他形状。
[0024]在上述任一技术方案中，可选地，相邻两个所述阵元之间的间距不大于所述水声换能器阵的工作频率下的半波长。
[0025]在上述任一技术方案中，可选地，所述的水声换能器阵还包括透声密封胶件；
[0026]所述阵元密封在所述透声密封胶件内部，且所述阵元的声学信号能够发射到所述透声密封胶件的外部；
[0027]所述结构件设置在所述透声密封胶件内部，或者所述结构件与所述透声密封胶件的端部固定连接。
[0028]在上述任一技术方案中，可选地，所述结构件内部设置有传感器；所述传感器包括但不限于温度传感器、盐度传感器和压力传感器中的一种或者多种；
[0029]所述结构件内部还设置有阻抗匹配电路；所述阻抗匹配电路包括电感和/或变压器。
[0030]本专利技术的有益效果主要在于：
[0031]本专利技术提供的水声换能器阵，其结构件内部设置若干个阵元，且多个阵元按照预设形状间隔设置并形成阵列，每个阵元包括弛豫铁电单晶、绝缘块、后质量块、正极引出线和负极引出线，或者每个阵元包括匹配块、弛豫铁电单晶、绝缘块、后质量块、正极引出线和
负极引出线。通过匹配块被配置为实现弛豫铁电单晶和水介质之间的声阻抗匹配，以减少界面声发射，以提高水声换能器阵的声传输和带宽性能；通过绝缘块被配置为实现弛豫铁电单晶和后质量块之间的电绝缘，以提高弛豫铁电单晶和后质量块之间的绝缘性能，进而保障弛豫铁电单晶正常工作；通过后质量块被配置为实现弛豫铁电单晶能量大部分向前发射，阻止声音的后向传输，并减少弛豫铁电单晶的用量，以极大提高能量转换效率；通过正极引出线被配置为实现将各阵元中弛豫铁电单晶的正极根据实际需求全部或部分连接在一起，负极引出线被配置为实现将各阵元中弛豫铁电单晶的负极根据实际需求全部或部分连接在一起，以便于正负极的电连接。弛豫铁电单晶具有远高于陶瓷的柔顺系数、压电系数、机电耦合系数，远小于陶瓷的介电损耗、声阻抗，可降低热噪声，极大提高能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水声换能器阵，其特征在于，包括结构件和设置在所述结构件上的若干个阵元；多个所述阵元按照预设形状间隔设置并形成阵列；每个所述阵元包括弛豫铁电单晶、绝缘块、后质量块、正极引出线和负极引出线，所述弛豫铁电单晶、所述绝缘块和所述后质量块沿所述结构件的厚度方向依次固定连接；或者，每个所述阵元包括匹配块、弛豫铁电单晶、绝缘块、后质量块、正极引出线和负极引出线，所述匹配块、所述弛豫铁电单晶、所述绝缘块和所述后质量块沿所述结构件的厚度方向依次固定连接；所述匹配块被配置为实现所述弛豫铁电单晶和水介质之间的声阻抗匹配；所述绝缘块被配置为实现所述弛豫铁电单晶和所述后质量块之间的电绝缘；所述后质量块被配置为实现所述弛豫铁电单晶能量大部分向前发射，阻止声音的后向传输，并减少所述弛豫铁电单晶的用量；所述正极引出线连接所有所述阵元的所述弛豫铁电单晶的正极，所述负极引出线连接所有所述阵元中所述弛豫铁电单晶的负极；或者，所述正极引出线的数量为多个，每个所述正极引出线分别连接若干个所述阵元的所述弛豫铁电单晶的正极，所述负极引出线的数量为多个，每个所述负极引出线分别连接若干个所述阵元的所述弛豫铁电单晶的负极。2.根据权利要求1所述的水声换能器阵，其特征在于，所述弛豫铁电单晶为铌锌酸铅
‑
钛酸铅单晶、铌锌酸铅
‑
钛酸铅单晶衍生物、铌镁酸铅
‑
钛酸铅单晶、铌镁酸铅
‑
钛酸铅单晶衍生物、铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅单晶、铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅单晶衍生物、铌铟酸铅
‑
铌镁酸铅
‑
钛酸铅单晶或铌铟酸铅
‑
铌镁酸铅
‑
钛酸铅单晶衍生物。3.根据权利要求1所述的水声换能器阵，其特征在于，所述弛豫铁电单晶采用[011]晶向极化、[100]晶向驱动和[0
‑
11]晶向驱动的横向振型；或者，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石花朵，李欣，马红月，
申请(专利权)人：北京越音速科技有限公司，
类型：发明
国别省市：