專利名稱：一種大面積薄板型矢量水聽器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及應用于水聲測量的傳感器領域，主要是一種大面積薄板型矢量水聽
O
背景技術：
隨著水聲技術的發(fā)展，矢量水聽器作為一類獲取水下聲場聲矢量分量信息的測量傳感器，在工程上已有應用。由于矢量水聽器與傳統(tǒng)聲壓水聽器相比，具有可以獲取更多聲場信息等優(yōu)勢，用于聲納浮標或聲基陣，能夠提高聲納的檢測、定位能力，在未來將更有廣闊的發(fā)展空間。將矢量水聽器作為基元應用于舷側陣，一方面，由于矢量水聽器拾取振速信號，而振速信號在軟障板前具有量值最大、法線方向變化最平緩的優(yōu)點，從而無需厚重的信號調節(jié)板，可以大大降低舷側陣的重量。另一方面，由于矢量水聽器具有很好的指向性，可以提高對能流方向主要平行于艇殼方向的振動分量的抑制能力，為降低本艇振動噪聲的影響提供了物理機制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的缺點和不足，提供一種大面積薄板型矢量水聽器，是一種用于測量水下聲場聲矢量分量的換能器基陣，即平面型矢量水聽器。本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案這種大面積薄板型矢量水聽器，包括一組平面型矢量水聽器單元、硬質泡沫方塊和聚氨酯灌注層，平面型矢量水聽器單元鑲嵌安裝于與其相同厚度的硬質泡沫方塊的預留孔位中，兩者緊密接觸且由聚氨酯灌注層完全包覆，平面型矢量水聽器單元之間采用串、并聯混用連接結構。作為優(yōu)選，由9個平面型矢量水聽器單元組成，3個平面型矢量水聽器單元為一組并聯連接形成三組單元，平面型矢量水聽器單元的正負極焊接于電極上，三組單元之間用導線串聯連接，正負極引出線與輸出電纜相連；9個平面型矢量水聽器單元鑲嵌安裝在方形的硬質泡沫方塊中的預留孔位中，再將整體用聚氨酯灌注封裝。平面矢量水聽器模塊的自由場聲壓靈敏度比水聽器單元增加9dB，而電容量與單元相當。作為優(yōu)選，所述的預留孔位為與平面型矢量水聽器單元等直徑等厚度的圓孔，并以硬質泡沫方塊的中心呈上下、左右對稱分布，硬質泡沫方塊的四角有四個定位安裝孔。作為優(yōu)選，所述的平面型矢量水聽器單元是以雙壓電晶片為敏感元件的同振柱形矢量水聽器，外殼內包含由壓電材料圓片和彈性片構成的三疊片結構，雙壓電晶片由兩片壓電材料圓片按相反極化方向對稱地通過膠層粘貼在彈性片的兩側，彈性片粘貼固定于外殼中。本發(fā)明有益的效果是有效地發(fā)揮矢量水聽器在舷側陣上應用的優(yōu)勢，提供一種適于工程實際應用的平面型矢量水聽器模塊。該模塊結構簡單，工藝穩(wěn)定，同時具有較好的適裝性。本發(fā)明在工作頻帶范圍內，具有“8”字形接收指向性圖，自由場聲壓靈敏度每倍頻
3程上升6dB。本發(fā)明平均密度約為1.05g/cm3，在水中基本實現零浮力要求。和水聽器單元相比，該模塊自由場聲壓靈敏度提高約9dB。本發(fā)明應用于舷側陣，一方面，由于矢量水聽器拾取振速信號，而振速信號在軟障板前具有量值最大、法線方向變化最平緩的優(yōu)點，從而無需厚重的信號調節(jié)板，可以大大降低舷側陣的重量。另一方面，由于矢量水聽器具有很好的指向性，可以提高對能流方向主要平行于艇殼方向的振動分量的抑制能力，為降低本艇振動噪聲的影響提供了物理機制。


圖1本發(fā)明安裝結構示意圖2本發(fā)明采用平面型矢量水聽器單元剖面結構示意圖； 圖3本發(fā)明實施例接收指向性實測圖1 ； 圖4本發(fā)明實施例接收指向性實測圖2 ； 圖5本發(fā)明實施例接收指向性實測圖3 ； 圖6本發(fā)明實施例接收指向性實測圖4 ； 圖7本發(fā)明實施例自由場聲壓靈敏度實測圖。附圖標記說明1—平面型矢量水聽器單元，2——硬質泡沫方塊，3——聚氨酯灌注層，4——電極，5——安裝定位孔，6——輸出電纜，7——壓電材料圓片，8——膠層， 9——彈性片，10——外殼。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明
本發(fā)明所述的這種平面型矢量水聽器模塊安裝結構如附圖1所示。它的主體由平面型矢量水聽器單元1、硬質泡沫塑料2和聚氨酯灌注層3構成。平面型矢量水聽器單元1鑲嵌安裝于與其相同厚度的硬質泡沫方塊2的預留孔位中，兩者緊密接觸且由聚氨酯灌注層 3完全包覆，兩者緊密接觸，不留空隙，且由聚氨酯灌注層3完全包覆，實現水密和水中零浮力要求。同時，可以根據實際需要，將水聽器形狀調整為弧面。內部平面型矢量水聽器單元 1的串、并聯方式可根據接收系統(tǒng)對大面積薄板型矢量水聽器的靈敏度與電容量的要求確定。串聯方式可提高水聽器靈敏度、并聯方式可提高水聽器電容量，可采用串、并聯混用方式。其中，平面型矢量水聽器單元1(如附圖2所示)是以雙壓電晶片為敏感元件的同振柱形矢量水聽器，由壓電材料圓片7、彈性片9和外殼10組件構成，外殼10內包含由壓電材料圓片7和彈性片9構成的三疊片結構，兩片壓電材料圓片7按相反極化方向對稱地通過膠層粘貼在彈性片9的兩側，彈性片9粘貼固定于外殼10中。本實施例中，平面型矢量水聽器單元1選用鋯鈦酸鉛(PZT-5A)壓電陶瓷片作為壓電材料圓片7，其尺寸為 Φ30^Χ1. Omm (彈性片可以選用金屬材料，也可選用有機材料，如環(huán)氧樹脂等)；彈性片9 采用環(huán)氧樹脂，其尺寸為Φ38πιπιΧ0. 5mm ；將兩片壓電材料圓片7按相反極化方向對稱地用高溫環(huán)氧膠粘貼在彈性片9的兩側，并注意保證同心度，導線的連接方式如附圖2所示，再用504膠將彈性片9固定于在上下外殼10中。本發(fā)明由9個平面型矢量水聽器單元1組成，3個平面型矢量水聽器單元1為一組并聯連接形成三組單元，平面型矢量水聽器單元1的正負極焊接于電極4上，三組單元之間用導線串聯連接，正負極引出線與輸出電纜6相連；9個平面型矢量水聽器單元1鑲嵌安裝在方形的硬質泡沫方塊2中的預留孔位中。所述的預留孔位為與平面型矢量水聽器單元1等直徑等厚度的圓孔，并以硬質泡沫方塊2的中心呈上下、左右對稱分布，硬質泡沫方塊2的四角有四個定位安裝孔5，供灌注定位及安裝時用，同時，必須具有較好的剛性，使大面積薄板型矢量水聽器的諧振頻率在其工作頻率范圍之外。選用加速度響應一致性較好的9個平面型矢量水聽器單元1，噴砂處理后鑲嵌安裝于尺寸為140mmX 140mm X 20mm的硬質泡沫方塊2預留孔位中。將6根 IOOmmX2mmX0. 2mm的銅皮經砂紙打磨后，用504膠粘貼在如附圖1所示位置作為電極正反兩面各3條。先將同一行的三個水聽器單元的正負極分別焊接于其上方對應的正反兩面的電極4上，再將三組水聽器用導線串聯起來，正負極引出線與輸出電纜6相連。利用四個定位孔將其整體固定于灌注模具中，并用聚氨酯灌注，灌注后模塊的尺寸為 180mmX 180mm X 30mm。附圖3-6為該實施例的接收指向性實測圖，試件編號為2#，圖3中測試頻率: 1000Hz，凹點深度46. 4dB，最大值不均勻性0. OdB ；圖4中測試頻率:500Hz，凹點深度 45. 7dB，最大值不均勻性0. 4dB;圖5中測試頻率630Hz，凹點深度40. 3dB，最大值不均勻性:1. OdB ；圖6中測試頻率:800Hz,凹點深度28. 3dB，最大值不均勻性0. IdB ；從圖中可以看到，該平面型矢量水聽器模塊在工作頻帶內具有較對稱的“8”字形接收指向性圖。附圖7為該實施例的自由場聲壓靈敏度實測圖，從圖中可以看到，該平面型矢量水聽器模塊自由場聲壓靈敏度每倍頻程上升6dB。除上述實施例外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種大面積薄板型矢量水聽器，其特征是包括一組平面型矢量水聽器單元(1)、硬質泡沫方塊(2 )和聚氨酯灌注層(3 )，平面型矢量水聽器單元(1)鑲嵌安裝于與其相同厚度的硬質泡沫方塊(2)的預留孔位中，兩者緊密接觸且由聚氨酯灌注層(3)完全包覆，平面型矢量水聽器單元(1)之間采用串、并聯混用連接結構。
2.根據權利要求1所述的大面積薄板型矢量水聽器，其特征是由9個平面型矢量水聽器單元(1)組成，3個平面型矢量水聽器單元(1)為一組并聯連接形成三組單元，平面型矢量水聽器單元(1)的正負極焊接于電極(4)上，三組單元之間用導線串聯連接，正負極引出線與輸出電纜(6)相連；9個平面型矢量水聽器單元(1)鑲嵌安裝在方形的硬質泡沫方塊 (2)中的預留孔位中。
3.根據權利要求2所述的大面積薄板型矢量水聽器，其特征是所述的預留孔位為與平面型矢量水聽器單元(1)等直徑等厚度的圓孔，并以硬質泡沫方塊(2)的中心呈上下、左右對稱分布，硬質泡沫方塊(2)的四角有四個定位安裝孔(5)。
4.根據權利要求1或2或3所述的大面積薄板型矢量水聽器，其特征是所述的平面型矢量水聽器單元(1)是以雙壓電晶片為敏感元件的同振柱形矢量水聽器，外殼(10)內包含由壓電材料圓片(7)和彈性片(9)構成的三疊片結構，兩片壓電材料圓片(7)按相反極化方向對稱地通過膠層粘貼在彈性片(9)的兩側，彈性片(9)粘貼固定于外殼(10)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大面積薄板型矢量水聽器，包括一組平面型矢量水聽器單元、硬質泡沫方塊和聚氨酯灌注層，平面型矢量水聽器單元鑲嵌安裝于與其相同厚度的硬質泡沫方塊的預留孔位中，兩者緊密接觸且由聚氨酯灌注層完全包覆，平面型矢量水聽器單元之間采用串、并聯混用連接結構。本發(fā)明有益的效果是有效地發(fā)揮矢量水聽器在舷側陣上應用的優(yōu)勢，提供一種適于工程實際應用的平面型矢量水聽器模塊。該模塊結構簡單，工藝穩(wěn)定，同時具有較好的適裝性。本發(fā)明在工作頻帶范圍內，具有“8”字形接收指向性圖，自由場聲壓靈敏度每倍頻程上升6dB。本發(fā)明平均密度約為1.05g/cm3,在水中基本實現零浮力要求。
文檔編號G01H11/06GK102183293SQ201110048680
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權日2011年3月1日
發(fā)明者孫偉, 孟洪, 白琳瑯, 葛輝良, 許欣然, 鄭震宇 申請人:中國船舶重工集團公司第七一五研究所