【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感，具体为一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器及制作方法。
技术介绍
1、在海洋探测领域中，为了增强舰艇的声呐探测能力和作战能力，很多国家都致力于发展水声探测技术。水听器是声呐的重要部件，用来接收水中的声信号，广泛用于水中通信、目标定位、跟踪等。由于海水对声波传播的物理限制，高频声波从远场传播过来时会变为低频声波。相比于标量水听器，矢量水听器是专为测量水声信号而设计的专用水下传感器，尤其对低频声波适用性更强。与用于测量信号幅度的标量水听器不同，矢量水听器能够测量水下声音的大小和方向。因此，矢量水听器可以确定完整的声速矢量，并提供更完整和准确的水下声场表征。
2、目前常见的矢量水听器主要包括压阻式水听器、电容式水听器、压电水听器以及挠曲电水听器。相比于压阻式水听器和电容式水听器来说，压电水听器和挠曲电水听器均为无源水听器，且压阻式水听器换能效率较低，电容式水听器易受寄生电容的影响。压电水听器具备低成本和高稳定性的优点，但其不能直接测量压力梯度等矢量信号。挠曲电水听器具备直接测量压力梯度等矢量信号的能力，但这种效应受到相对较低的挠曲电系数的限制，这可能会影响水听器的灵敏度性能。因此，提出了一种增强挠曲电效应的折衷方案，即类挠曲电效应。类挠曲电效应与挠曲电具有相似的机电耦合效应。而类挠曲电效应的原理是以任何可能的方式增强有效挠曲电系数。相比于其他类挠曲效应，结合压电效应和挠曲电效应的优点，设计出一种可以直接测量矢量信号的高灵敏度低频水听器就显得尤为重要。
技术实现思路b>
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器及制作方法，以解决现有技术中如何提高水听器的灵敏度性能和直接测量矢量信号的技术问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供了一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，包括双层压电陶瓷组件、夹具、两根导线以及橡胶壳体；
4、所述夹具包括压板以及压块；所述压板呈圆环结构；且在内侧壁处延伸设有夹持部；
5、所述双层压电陶瓷组件的一端放置在夹持部上，所述双层压电陶瓷组件通过压块夹持在夹持部上，形成悬臂梁式结构；
6、两根导线分别设置在双层压电陶瓷组件与夹持部以及压块之间，其中一根导线的端部夹持在双层压电陶瓷组件的底面与夹持部的顶面之间；另一根导线的端部夹持在双层压电陶瓷组件的顶面与压块的底面之间；
7、所述压板固定设置在橡胶壳体内，所述橡胶壳体内填充蓖麻油，两根导线的另一端部贯穿橡胶壳体分别延伸至外部连接至电极端。
8、优选的，双层压电陶瓷组件包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；所述第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片相对粘接设置。
9、进一步的，第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片的大小均相等。
10、优选的，夹持部和压块上分别对应设有两组连接孔，两组连接孔内分别对应螺纹连接有第一螺栓组件，所述压块盖设在双层压电陶瓷组件的一端，且通过第一螺栓组件将压块压紧在夹持部上。
11、优选的，压板的内侧圆环的直径大于双层压电陶瓷组件的长度。
12、优选的，橡胶壳体包括第一壳体和第二壳体；
13、所述第一壳体和第二壳体均呈空心半球壳体；第一壳体和第二壳体相对连接；所述压板装夹在第一壳体和第二壳体之间；
14、所述压板环向固定在第一壳体和第二壳体的安装环上。
15、进一步的，压板与第一壳体和第二壳体的安装环上均环向对应设有若干固定孔；
16、若干固定孔内分别对应螺纹连接有若干第二螺栓组件，且通过若干第二螺栓组件将压板环向固定在第一壳体和第二壳体的安装环上。
17、更进一步的，第一壳体的壳体壁上设有通孔，用于通过通孔往第一壳体和第二壳体内填充蓖麻油；两根导线的另一端部通过通孔分别延伸至外部连接至电极端。
18、更进一步的，当第一壳体和第二壳体内填充完蓖麻油后，通孔上采用环氧树脂进行密封设置。
19、第二方面，本专利技术还提供了一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器的制作方法，用于得到上述所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，包括如下步骤：
20、准备已经极化的压电材料陶瓷片，用金刚石线切割机将其切割出两个尺寸相同的长方体压电材料陶瓷片，并将两片压电材料陶瓷片粘结成一个整体，得到双层压电陶瓷组件；
21、采用激光雕刻机对亚克力板进行激光切割得到压板和压块，并在压板内侧激光切割形成夹持部；
22、将双层压电陶瓷组件的短边一侧放置到夹持部上，通过压块进行夹持；其中双层压电陶瓷组件的上下面分别与夹持部和压块之间设有导线；
23、在橡胶壳体的内部均匀涂上一层铜漆，用于屏蔽电磁干扰，并将夹具固定在橡胶壳体内部；其中双层压电陶瓷组件的上下面分别与夹持部和压块之间的导线另一端贯穿橡胶壳体引出连接到电极端；并将蓖麻油填充至橡胶壳体内，采用环氧树脂对橡胶壳体进行密封；完成低频双层矢量水听器的制备工作。
24、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
25、本专利技术提供了一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，通过采用双层压电陶瓷组件，该水听器能够更有效地捕捉低频声波信号。双层结构的设计优化了压电效应，使得在相同的外界声波激励下，能够产生更强的电信号输出，从而提高了对低频声波的检测灵敏度。本专利技术利用了挠曲电效应，在声波的作用下，双层压电陶瓷组件不仅发生纵向的压缩或拉伸变形，还会产生横向的弯曲变形，同时悬臂梁结构使双层矢量水听器可以直接测量矢量信号。这种多方向的变形进一步增强了双层压电陶瓷组件的电能转换效率，使得水听器能够更全面地响应声波信号，提高了测量的准确性和精度。
26、进一步的，双层压电陶瓷组件包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；所述第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片相对粘接设置。通过粘接两片压电陶瓷片，可以形成一个更加坚固和稳定的结构，有助于减少因单片压电陶瓷片可能存在的缺陷或损伤而导致的性能下降。同时，粘接层还可以起到缓冲和减振的作用，进一步提高了双层压电陶瓷组件的耐用性和可靠性。
27、更进一步的，第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片的大小均相等，大小相等的压电陶瓷片在受到外力作用时，能够更均匀地分布应力。这意味着在整个双层压电陶瓷组件中，每个部分都能够以相似的方式响应外部激励，从而减少了因应力集中而导致的性能下降或损坏的风险。
28、进一步的，夹持部和压块上分别对应设有两组连接孔，两组连接孔内分别对应螺纹连接有第一螺栓组件，压块盖设在双层压电陶瓷组件的一端，且通过第一螺栓组件将压块压紧在夹持部上。通过第一螺栓组件将压块压紧在夹持部上，可以确保双层压电陶瓷组件被稳固地夹持住，不仅提供了足够的夹紧力，防止双层压电陶瓷组件在振动或外力作用下松动或脱落，还保证了双层压电陶瓷组件在工作过程中的稳定性和可靠性。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，包括双层压电陶瓷组件（1）、夹具（2）、两根导线（3）以及橡胶壳体（5）；
2.根据权利要求1所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述双层压电陶瓷组件（1）包括第一压电陶瓷片（11）和第二压电陶瓷片（12）；所述第一压电陶瓷片（11）和第二压电陶瓷片（12）相对粘接设置。
3.根据权利要求2所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述第一压电陶瓷片（11）和第二压电陶瓷片（12）的大小均相等。
4.根据权利要求1所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述夹持部（22）和压块（23）上分别对应设有两组连接孔，两组连接孔内分别对应螺纹连接有第一螺栓组件（4），所述压块（23）盖设在双层压电陶瓷组件（1）的一端，且通过第一螺栓组件（4）将压块（23）压紧在夹持部（22）上。
5.根据权利要求1所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述压板（21）的内侧圆环的直径大于双层压电陶
6.根据权利要求1所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述橡胶壳体（5）包括第一壳体（51）和第二壳体（53）；
7.根据权利要求6所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述压板（21）与第一壳体（51）和第二壳体（53）的安装环上均环向对应设有若干固定孔；
8.根据权利要求6所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述第一壳体（51）的壳体壁上设有通孔（52），用于通过通孔（52）往第一壳体（51）和第二壳体（53）内填充蓖麻油；两根导线（3）的另一端部通过通孔（52）分别延伸至外部连接至电极端。
9.根据权利要求8所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，当第一壳体（51）和第二壳体（53）内填充完蓖麻油后，通孔（52）上采用环氧树脂进行密封设置。
10.一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器的制作方法，其特征在于，用于得到权利要求1-9任一项所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，包括双层压电陶瓷组件（1）、夹具（2）、两根导线（3）以及橡胶壳体（5）；
2.根据权利要求1所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述双层压电陶瓷组件（1）包括第一压电陶瓷片（11）和第二压电陶瓷片（12）；所述第一压电陶瓷片（11）和第二压电陶瓷片（12）相对粘接设置。
3.根据权利要求2所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述第一压电陶瓷片（11）和第二压电陶瓷片（12）的大小均相等。
4.根据权利要求1所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述夹持部（22）和压块（23）上分别对应设有两组连接孔，两组连接孔内分别对应螺纹连接有第一螺栓组件（4），所述压块（23）盖设在双层压电陶瓷组件（1）的一端，且通过第一螺栓组件（4）将压块（23）压紧在夹持部（22）上。
5.根据权利要求1所述的一种具备挠曲电和压电效应的低频双层矢量水听器，其特征在于，所述压板（21）的内侧圆环的直径大于双层压电陶瓷组件（1...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜曜先，李肇奇，马谦谦，张鑫，白瑞东，吕令通，申胜平，梁旭，邓锋，刘文源，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
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