專利名稱：壓電復合式水聽器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于壓電學及敏感技術領域，特別是涉及一種水聲測量用的壓電復合式水 聽器技術領域。
背景技術：
現(xiàn)有的水聽器主要是采用壓電陶瓷材料，如李鄧化，姚熹的論文"水聽器用鈸式壓電, 復合物的實驗研究"(《功能材料與器件學報》，2000. Vol.6.No.l)，該文給出的方案是將 厚度方向極化的壓電陶瓷片(PZT-5A)夾在兩個薄的黃銅端帽之間制成鈸式壓電水聽器， 在頻率為1KHz時的自由場電壓靈敏度可達-190dB。由于該水聽器的介電常數(shù)取決于壓電 陶瓷片(PZT-5A)，所以影響水聽器自由場電壓靈敏度的進一步提高。 發(fā)明內容
本實用新型的目的是提高所制備壓電復合式水聽器的自由場電壓接收靈敏度Me,，提
出一種1-3型的壓電復合Cymbal水聽器。
實現(xiàn)本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是將壓電材料多條晶柱布成晶柱 陣，晶柱陣的晶柱間灌注聚合物，制成1-3型壓電復合材料，采用l-3型圓形壓電復合材 料，在其兩圓面上涂覆銀電極并極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電復合材料片相 同的金屬端帽，安裝到壓電復合材料片的兩個銀電極表面上構成壓電復合式Cymbal水聽 器0
本實用新型的壓電復合式水聽器的有益效果是，本實用新型的鈸式結構利用了金屬端 帽的特殊形狀，將施加在軸向的應力，轉換并放大成切向和徑向的應力，使得壓電復合材 料的^3和4/壓電常數(shù)都對復合結構的A作出貢獻。在相同的激勵條件下，鈸式結構比相 同尺寸的1-3型壓電復合陶瓷片的位移要高出40倍，等效壓電常數(shù)cfe比1-3型壓電復合 材料本身約高出40倍，同時該水聽器采用1-3型壓電復合材料，其介電常數(shù)遠遠小于普 通PZT-5A Cymbai水聽器的介電常數(shù)，從而提高該水聽器的自由場電壓接收靈敏度Me/。

.圖1本實用新型的壓電復合式水聽器剖面圖。 圖中l(wèi).壓電陶瓷晶柱陣，2.晶柱間的聚合物，3、 4.銀電極，5、6.金駕端帽。具體實施方案
以下結合附圖和實施例對本實用新型壓電復合式水聽器做詳細描述。
本實用新型的壓電復合式水聽器(見圖1)，它包括有壓電材料多條晶柱布成的晶柱陣 1、晶柱間的聚合物2，晶柱陣1的晶柱間灌注聚合物2后制成1-3型壓電復合材料，在其 兩圓面上涂覆銀電極3， 4并極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電復合材料片相同 的金屬端帽5， 6，用環(huán)氧樹脂粘結到1-3型壓電復合材料圓片的兩個銀電極表面上構成 Cymbal水聽器。由金屬端帽5， 6引出電極引線，所述的晶柱陣1的晶柱壓電材料選用 PZT-5A，所有晶柱按矩陣分布規(guī)律分布，晶柱陣1的制備是用切割法在一塊PZT-5A壓電 材料上，分別在XY方向從上向下部切透，晶柱陣1的晶柱為壓電相，然后灌注聚合物2 環(huán)氧樹脂。其上部涂覆銀電極3，環(huán)氧樹脂與金屬端帽5緊密粘結，其下部涂覆銀電極4， 環(huán)氧樹脂與金屬端帽6緊密粘結。
本實用新型的壓電復合式水聽器外形為鈸式。圖1給出該壓電復合材料水聽器示意圖。
本實用新型的自由場電壓接收靈敏度i^/為
<formula>formula see original document page 4</formula> 1-3型壓電復合cymbal水聽器的靜水壓壓電電壓常數(shù)為
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式中/為水聽器厚度；
/為壓電相的體積分數(shù)；
《3、 <3分別為壓電相的縱向壓電常數(shù)和1-3復合物的介電常數(shù)；
O為金屬圓臺底部直徑；仏為端帽半徑；^為金屬端帽厚度；r力為金屬圓臺 深度；7>為1-3型壓電復合材料圓片厚度。 -
由此看出，該水聽器的靜水壓壓電常數(shù)g^是以上諸多性能參數(shù)的函數(shù)，在水聽器尺 寸一定的情況下，1-3型壓電復合cymbal水聽器的自由場電壓接收靈敏度比普通PZT-5A Cymbal水聽器的提高了 20 dB (lKHz)。
最佳實施例使用黃銅箔(60%Cu-40%Zn)作為鈸式壓電復合物的金屬端帽材料，厚 度為7;-0.25mm。用切割工具制作沖模，端帽半徑A-6mm。圓臺深度為K).5mm。圓 臺上部半徑r產1.5mm，圓臺底部直徑。=4.5mm。成型和沖制一次完成，然后將銅帽進行 表明處理，以便于良好的粘結。晶柱陣l的晶柱壓電材料選用中國科學院聲學研究所制造的PZT-5A，晶柱長>0.3mm，寬^0.3mm，體積分數(shù)(指占1-3型壓電復合材料的體積比) 一=25%， 1-3型壓電復合材料圓片厚度rp=0.5mm,灌注聚合物2以及粘結劑采用北京化 工研究所研制的改性環(huán)氧樹脂，粘結厚度為70ym。測量結果表明該水聽器自由場電壓接 收靈敏度M,可達-173.26dB (lKHz)。
權利要求1. 一種壓電復合式水聽器，該裝置包含一個圓形1-3型壓電復合材料片，其特征是在1-3型壓電復合材料片的兩圓面上涂覆銀電極并極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與1-3型壓電復合材料片相同的金屬端帽安裝到壓電復合材料片的兩個銀電極表面上，構成1-3型壓電復合Cymbal水聽器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的壓電復合式水聽器，其特性是所述的水聽器使用黃銅箔作為鈸 式壓電復合物的金屬端帽材料，厚度為rc =0.25mm，端帽半徑& =6mm，圓臺深度為 =0.5mm,圓臺上部半徑r產1.5mm,圓臺底部直徑r尸4.5mm;晶柱長>0.3mm，寬F0.3mm， 體積分數(shù)r'=25%， 1-3型壓電復合材料圓片厚度rp=0.5mm。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的壓電復合式水聽器，其特性是所述的水聽器的自由場電壓 接收靈敏度Mw可達-173. 26dB。
專利摘要一種壓電復合式水聽器，該裝置包含一個圓形壓電復合材料片，將壓電材料多條晶柱布成晶柱陣，晶柱陣的晶柱間灌注聚合物，制成1-3型壓電復合材料，采用1-3型壓電復合材料圓片，在其兩圓面上涂覆銀電極并極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電復合材料片相同的金屬端帽，安裝到壓電復合材料片的兩個銀電極表面上構成1-3型壓電復合Cymbal水聽器。該結構利用了金屬端帽的特殊形狀，使得壓電復合材料的d₃₃和d₃₁，壓電常數(shù)都對復合結構的d_h作出貢獻。同時該水聽器采用1-3型壓電復合材料，其介電常數(shù)遠遠小于普通PZT-5ACymbal水聽器的介電常數(shù)，從而提高水聽器的自由場電壓接收靈敏度M_el。本實用新型可應用于水下探測、定位等方面。
文檔編號G01H11/08GK201255661SQ200820008230
公開日2009年6月10日 申請日期2008年3月12日 優(yōu)先權日2008年3月12日
發(fā)明者李鄧化, 爽 梁, 高翔宇 申請人:北京信息工程學院