刈幅束声学换能器制造技术

用于投射和／或接收声波刈幅束（１０８）的刈幅束声学换能器（１００）。该换能器包括有源声学元件（１０４）阵列，所述有源声学元件（１０４）被布置为共同提供具有相关联的声学孔径（１１０）的细长凹辐射表面（１０６）。有源声学元件（１０４）阵列可操作以通过该辐射表面（１０６）投射和／或接收声波刈幅束（１０８）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于投射和/或接收声学刈幅束(swath beam)的声学换能器。
技术介绍
许多应用中使用声束，包括声纳和其它水下声学设备、音频换能器、以及空间声学控制，例如建筑物声学。在声纳和水下声学设备中，目标是绘制洋底或检测水中的静止或移动物体。对水下声学设备的其它使用包括寻找鱼或鱼群估计、诸如船壳、桥墩的水下物体检查和导航。在许多这些应用中，希望利用能够投射远场声波刈幅束的声学换能器。刈幅束一般被认为是在一个方向上覆盖广角，并且在垂直方向上覆盖窄宽度的束。用于投射刈幅束的已知声学换能器一般包括布置为行阵列或可替换地布置为凸圆柱阵列的有源(active)换能器元件。这两种声学换能器都具有局限性。例如，行阵列声学换能器由于其有限的宽度通常具有束功率限制。关于凸圆柱阵列换能器，它们具有大小约束，即，由于结构要求，它们的直径相对于操作频率一般不能小于几个波长。例如，图1示出了用于产生刈幅束的凸圆柱阵列换能器10的已知结构的例子的横截面端视图。简言之，凸圆柱换能器10包括支撑结构14内的以凸圆柱布置固定的有源换能器元件12阵列。在操作中，驱动换能器元件12以便通过声学孔径16投射整体广角刈幅束。声学孔径16具有以箭头20定义的宽度。典型地，换能器元件12具有相对于操作频率大约半个波长的厚度，并且这需要元件正面之间相当大的间隔18。因此，凸圆柱换能器10的直径一般必须至少为几个波长以便有效地操作。这是由于将元件12布置在具有小直径的凸圆柱中增加了元件之间的间隔18，并且这往往导致刈幅束的关注角度内的不能承受的大响应变化。在本说明书中，参考了专利说明书，其它外部文档或其它信息来源，这一般是出于提供讨论本专利技术的特征的上下文的目的。除非特别指出，对这些外部文档的参考不认为是承认这些文档或这些信息来源在任何管辖范围内是现有技术，或构成本领域公知技术的一部分。本专利技术的目的是提供一种用于投射和/或接收刈幅束的改进的声学换能器，或至少给公众提供一种有用的选择。
技术实现思路
在第一个方面，本专利技术主要包括用于投射和/或接收声波刈幅束的刈幅束声学换能器，该刈幅束声学换能器包括有源声学元件阵列，其布置为共同提供具有相关联的声学孔径的细长凹辐射表面，并且其中有源声学元件阵列可以操作以便通过该辐射表面投射和 /或接收刈幅束。优选地，由于辐射表面大体符合半圆柱的外周外表面，辐射表面可以是凹圆柱辐射表面。优选地，可以围绕凹半圆柱辐射表面布置有源声学元件，相对于圆柱轴以一个半径相等地间隔每个元件。优选地，有源声学元件阵列可被布置为提供大体连续的辐射表面。优选地，每个有源声学元件可以是声学换能器元件，其包括耦连在可被电激励的电极之间的有源声学材料。更优选地，给每个声学元件提供直接或间接耦连到有源声学材料的一个或多个匹配层，匹配层(多个)被布置为在换能器和声学介质之间提供阻抗匹配， 声束通过所述声学介质传播。作为例子，每个有源声学元件可以包括位于辐射表面和有源声学材料之间的匹配层。优选地，有源声学元件可被在支撑结构内彼此声学隔离。优选地，该刈幅束声学换能器还可以包括控制系统，该控制系统电连接到每个有源声学元件，并且可以操作以便产生电驱动信号，以便驱动每个有源声学元件，从而从辐射表面投射整体刈幅束，或可替换地从有源声学元件接收和处理响应由辐射表面接收到的刈幅束而产生的电信号。优选地，阵列中的每个有源声学元件可以是直的并且是细长的。更优选地，每个有源声学元件的长度可以大体沿着辐射表面的总长度延伸。在一种形式中，换能器可被布置为产生在辐射表面的纵轴方向上具有大体固定的宽度的刈幅束。在另一种形式中，由多个个体有源声学元件的行共同形成每个直的并且细长的有源声学元件，所述多个个体有源声学元件沿着换能器的长度彼此声学和电隔离。优选地， 个体有源声学元件的行可以沿着换能器的长度相对于彼此对齐，从而沿着换能器的长度提供有源声学元件的一系列可选择地操作的凹阵列分段。更优选地，控制系统可以操作，以便激活或去活有源声学元件的凹阵列分段中的任意一个或多个，从而控制辐射表面的有效长度，并且从而辐射表面纵轴方向上的传播刈幅束的宽度。另外或可替换地，该控制系统可以操作，以便给有源声学元件的凹阵列分段施加不同定相的驱动信号，从而围绕横贯辐射表面纵轴的轴在所希望的方向上指引传播的刈幅束。优选地，有源声学元件阵列可以操作，以便投射在垂直于换能器的纵轴的平面内具有宽视场的声波刈幅束，并且其中远场声学强度在该视场内大体是均勻的。优选地，有源声学元件被以预定的操作频率激活，并且有源声学元件阵列被布置为围绕辐射表面的相邻声学元件的中心到中心距离不大于该操作频率的波长的近似一半。优选地，辐射表面可以通过一个或多个保护层间接暴露于声学介质，投射或接收到的声波刈幅束通过所述声学介质传播。更优选地，辐射表面形成声学孔径，通过该声学孔径投射或接收声波刈幅束，一个或多个保护层布置为至少部分地填充该声学孔径。仅仅作为例子，可由橡胶形成保护层(多个)，该橡胶被配制为在水中是声学透明的，以便使得换能器可以在水下操作。在第二个方面，本专利技术主要包括一种用于投射和/或接收声波刈幅束的声学换能器，其包括可操作的声学换能器元件的凹圆柱布置。在第三个方面，本专利技术主要包括一种投射声波刈幅束的方法，该方法包括驱动可操作的声学换能器元件的凹圆柱布置，以便投射刈幅束。本专利技术的第二和第三方面可以具有在本专利技术的第一方面中提及的任意一个或多个特征。本说明书和权利要求书中使用的短语“辐射表面”旨在意指由有源声学元件阵列形成的与声学孔径相关联的共同或有效表面，并且其是投射和/或接收声束的表面，不论该表面直接暴露于声学介质，还是通过一个或多个其它层间接暴露于声学介质。本说明书和权利要求书中使用的短语“刈幅束”旨在意指在一个方向上覆盖广角， 并且在垂直方向上具有较窄或可替换地可控制的宽度或焦点的远场声束。本说明书和权利要求书中使用的术语“包括(comprising) ”的含义是“至少部分由...组成”。当解释本说明书和权利要求书中包括术语“包括”的每个语句时，还可以存在以该术语为前序的特征之外的特征。相关术语(诸如，“comprise”和“comprises”)也可被以相同方式解释。此处使用的术语“和/或”的含义是“和”或者“或”或这两者。此处在名词之后使用的“ s，，意指名词的复数和/或单数形式。本专利技术包括上述内容，并且还设想下面仅以例子给出的构造。附图说明参考附图，仅以示例方式描述本专利技术的优选实施例，在附图中图1示出了用于产生刈幅束的常规凸圆柱声学换能器阵列的例子的横截面端视图；图2示出了根据本专利技术的优选实施例的声学换能器的横截面端视图；图3A示出了本专利技术的第一优选形式声学换能器的横截面端视图；图:3B示出了沿着图3A的直线AA观看的第一优选形式声学换能器的横截面端视图；图4A示出了本专利技术的第二优选形式声学换能器的横截面端视图；图4B示出了沿着图4A的直线AA观看的第二优选形式声学换能器的横截面端视图；图5A是对于包括换能器纵轴的平面内的各个束引导角，从以160kHz频率操作的图4A和4B的第二优选形式声学换能器投射的声波刈幅束的远场方向性模式的曲线图；和图5B是在垂直于换能器纵轴的平面内，从以160kHz频率操作的图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于投射和／或接收声波刈幅束的刈幅束声学换能器，包括：有源声学元件的阵列，其被布置为共同提供具有相关联的声学孔径的细长凹辐射表面，并且其中有源声学元件阵列可操作以通过该辐射表面投射和／或接收刈幅束。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】NZ5707252008年8月21日1.一种用于投射和/或接收声波刈幅束的刈幅束声学换能器，包括有源声学元件的阵列，其被布置为共同提供具有相关联的声学孔径的细长凹辐射表面，并且其中有源声学元件阵列可操作以通过该辐射表面投射和/或接收刈幅束。2.如权利要求1所述的刈幅束声学换能器，其中由于辐射表面大体符合半圆柱的外周外表面，该辐射表面是凹圆柱辐射表面。3.如权利要求2所述的刈幅束声学换能器，其中环绕凹半圆柱辐射表面布置有源声学元件，每个元件被以到圆柱轴的半径相等地间隔。4.如在前任一权利要求所述的刈幅束声学换能器，其中有源声学元件的阵列被布置为提供大体连续的辐射表面。5.如在前任一权利要求所述的刈幅束声学换能器，其中每个有源声学元件是声学换能器元件，所述声学换能器元件包括耦连在可被电激励的电极之间的有源声学材料。6.如权利要求5所述的刈幅束声学换能器，其中给每个声学元件被提供有直接或间接耦连到有源声学材料的一个或多个匹配层，所述一个或多个匹配层被布置为在换能器和声学介质之间提供阻抗匹配，其中声束通过所述声学介质传播。7.如权利要求6所述的刈幅束声学换能器，其中每个有源声学元件包括位于辐射表面和有源声学材料之间的匹配层。8.如在前任一权利要求所述的刈幅束声学换能器，其中有源声学元件在支撑结构内被彼此声学隔离。9.如在前任一权利要求所述的刈幅束声学换能器，还包括控制系统，该控制系统电连接到每个有源声学元件，并且可操作以产生电驱动信号，用于驱动每个有源声学元件，从而从辐射表面投射总刈幅束，或可替换地从有源声学元件接收和处理响应由辐射表面接收到的刈幅束而产生的电信号。10.如权利要求9所述的刈幅束声学换能器，其中阵列中的每个有源声学元件是直的并且是细长的。11.如权利要求10所述的刈幅束声学换能器，其中每个有源声学元件的长度大体沿着辐射表面的整个长度延伸。12.如权利要求11所述的刈幅束声学换能器，其中所述换能器被布置为在辐射表面的纵轴方向上产生具有大体固定宽度的刈幅束...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·斯蒂特森科，
申请(专利权)人：工业研究有限公司，
类型：发明
国别省市：NZ