本發(fā)明屬于水聲換能器，涉及一種低頻寬帶水下聲感知單元。

背景技術(shù)：

1、壓電膜是一種高分子傳感材料，具有良好的延展性，易于制成各種形狀的壓電傳感元件；壓電膜的特性阻抗與水相近，且其厚度共振頻率可以很高，因此可以制成高靈敏度的寬頻帶水聽器。

2、平面型水下聲傳感單元一般采用壓電膜與剛性背襯相結(jié)合的設(shè)計(jì)，剛性背襯可以提高單元的靈敏度，拓展工作頻帶，而由于剛性背襯的特性阻抗與水相差較大，制約了平面型水下聲傳感單元的透聲性能。具體的，目前低頻寬帶水下聲傳感單元采用壓電膜與金屬背襯相結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于金屬板的比重較大，相同體積情況下金屬背襯的水下聲傳感單元更重。此外由于金屬板的特性阻抗與水相差較大，限制了水下聲傳感單元的工作頻帶，隨著聲波頻率越高，界面處反射的聲能越多，這意味著在水聲對抗中被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)越高。并且，采用金屬背襯表面貼有壓電膜的設(shè)計(jì)，在寬頻帶內(nèi)金屬背襯會(huì)出現(xiàn)共振模態(tài)，表面的壓電膜由于外表面不受任何約束，受共振影響較大，因此頻帶內(nèi)單元的靈敏度出現(xiàn)較大起伏。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種低頻寬帶水下聲感知單元，以提升水下聲傳感單元抗干擾性，實(shí)現(xiàn)接收靈敏度響應(yīng)在寬頻帶內(nèi)的高平坦性，同時(shí)減輕水下聲傳感單元的重量，提升其透聲性能。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種低頻寬帶水下聲感知單元，包括電極片，電極片上下表面分別設(shè)有壓電膜，壓電膜外側(cè)分別設(shè)有碳纖維板，其中，

3、碳纖維板與壓電膜貼合一側(cè)表面鍍有導(dǎo)電層；

4、壓電膜沿厚度方向極化，壓電膜兩側(cè)表面分別鍍有導(dǎo)電層，壓電膜兩側(cè)表面中間還對應(yīng)留有空白區(qū)域，該空白區(qū)域上不設(shè)導(dǎo)電層，該空白區(qū)域?qū)弘娔っ總?cè)表面上的導(dǎo)電層分為兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域；

5、電極片四周邊緣絕緣包邊設(shè)置；

6、兩側(cè)的碳纖維板上對應(yīng)設(shè)有通孔，通過金屬導(dǎo)電柱由一側(cè)的碳纖維板的通孔穿入然后貫穿電極片和壓電膜，并從另一側(cè)的碳纖維板的通孔穿出，以實(shí)現(xiàn)上下面電極共地導(dǎo)通；

7、電極片、壓電膜和碳纖維板通過環(huán)氧膠的高溫硫化實(shí)現(xiàn)緊密連接。

8、目前水下聲感知單元采用金屬背襯與壓電膜貼合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于金屬的特性阻抗遠(yuǎn)大于水，聲波在水與單元的界面處產(chǎn)生更多的反射，加大了水聲對抗中的暴露風(fēng)險(xiǎn)；而且由于金屬的比重較大，制約了單元的輕型化。

9、本發(fā)明的傳感單元采用碳纖維板背襯表面貼有壓電膜的設(shè)計(jì)，碳纖維背襯相當(dāng)于屏蔽，提升了單元的抗干擾性。由于傳統(tǒng)壓電膜一面為自由面，傳感單元在寬頻帶內(nèi)金屬背襯的特征模態(tài)引起的振動(dòng)會(huì)造成靈敏度響應(yīng)出現(xiàn)較大起伏。因此本發(fā)明創(chuàng)新性的將傳感單元采用夾膜設(shè)計(jì)后，壓電膜表面均為約束面，因而單元的靈敏度響應(yīng)更加平坦，同時(shí)，背襯板選擇碳纖維材料，提升水下聲感知單元透聲性能的同時(shí)不犧牲單元的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

10、作為優(yōu)選，電極片、壓電膜和碳纖維板通過環(huán)氧膠高溫硫化實(shí)現(xiàn)緊密連接。

11、作為優(yōu)選，空白區(qū)域沿壓電膜寬度或長度方向設(shè)置且位于壓電膜的中間。

12、作為優(yōu)選，通孔設(shè)于碳纖維板的中間位置，金屬導(dǎo)電柱從壓電膜的空白區(qū)域穿過。

13、作為優(yōu)選，空白區(qū)域的寬度為2mm。

14、作為優(yōu)選，壓電膜為p(vdf-trfe)或pvdf壓電膜。

15、作為優(yōu)選，電極片對應(yīng)壓電膜的空白區(qū)域同樣設(shè)置有絕緣條，以防止單元正負(fù)電極導(dǎo)通。

16、作為優(yōu)選，金屬導(dǎo)電柱為螺釘。

17、作為優(yōu)選，電極片采用一體化設(shè)計(jì)，簡化單元的結(jié)構(gòu)形式，有效地避免單元制作過程中左右電極交疊的情況，提高了單元制作的良品率。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

19、（1）采用高壓電性能的壓電共聚物膜傳感元件，水下聲感知單元靈敏度較高；（2）采用碳纖維材料作為背襯，實(shí)現(xiàn)水下聲感知單元的輕型化，且由于碳纖維的聲阻抗與水較為接近，提升了單元的透聲性能；（3）碳纖維與壓電聚合物膜的貼合連接采用夾層設(shè)計(jì)，在環(huán)氧膠的作用下，單元在寬頻帶內(nèi)的振動(dòng)模態(tài)被抑制，提升單元靈敏度響應(yīng)的平坦性；（4）上下層碳纖維板共地導(dǎo)通后等同于屏蔽，提升了單元的抗干擾性。

技術(shù)特征：

1.一種低頻寬帶水下聲感知單元，其特征在于：包括電極片，電極片上下表面分別設(shè)有壓電膜，壓電膜外側(cè)分別設(shè)有碳纖維板，其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻寬帶水下聲感知單元，其特征在于：電極片、壓電膜和碳纖維板通過環(huán)氧膠硫化實(shí)現(xiàn)緊密連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻寬帶水下聲感知單元，其特征在于：空白區(qū)域沿壓電膜寬度或長度方向設(shè)置且位于壓電膜的中間。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低頻寬帶水下聲感知單元，其特征在于：通孔設(shè)于碳纖維板的中間位置，金屬導(dǎo)電柱從壓電膜的空白區(qū)域穿過。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低頻寬帶水下聲感知單元，其特征在于：空白區(qū)域的寬度為2mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻寬帶水下聲感知單元，其特征在于：壓電膜為p(vdf-trfe)或pvdf壓電膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻寬帶水下聲感知單元，其特征在于：電極片對應(yīng)壓電膜的空白區(qū)域同樣設(shè)置有絕緣條。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻寬帶水下聲感知單元，其特征在于：金屬導(dǎo)電柱為螺釘。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻寬帶水下聲感知單元，其特征在于：電極片采用一體化設(shè)計(jì)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種低頻寬帶水下聲感知單元，包括電極片，電極片上下表面分別設(shè)有壓電膜，壓電膜外側(cè)分別設(shè)有碳纖維板，其中，碳纖維板與壓電膜貼合一側(cè)表面鍍有導(dǎo)電層；壓電膜沿厚度方向極化，壓電膜兩側(cè)表面分別鍍有導(dǎo)電層，壓電膜兩側(cè)表面中間還對應(yīng)留有空白區(qū)域。本發(fā)明可以提升水下聲傳感單元抗干擾性，實(shí)現(xiàn)接收靈敏度響應(yīng)在寬頻帶內(nèi)的高平坦性，同時(shí)減輕水下聲傳感單元的重量，提升其透聲性能。

技術(shù)研發(fā)人員：嚴(yán)旭,許欣然,馮亮,郭巖,王佳榮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州應(yīng)用聲學(xué)研究所（中國船舶集團(tuán)有限公司第七一五研究所）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9