[发明专利]一种用于高分辨彩色水平鱼探仪的宽带声基阵

说明书

技术领域

本发明涉及水声换能器及基阵领域，主要是一种用于高分辨彩色水平鱼探仪的宽带声基阵。

背景技术

海洋探测技术的不断发展和海洋探测领域的不断扩大，对众多的海洋探测仪器都提出了作用距离远，探测范围大的要求。就远洋渔业捕捞领域而言，针对如金枪鱼等高经济价值的海洋鱼类的生活习性和个性特点，国外都在开发一种远距离、高分辨率的水平鱼探仪，如挪威的Simard SX90系列水平鱼探仪，美国WESMAR HD850/60-10水平鱼探仪，日本Furuno公司生产的FSV-30彩色扫描声纳等。而国内对彩色水平鱼探仪，由于受到技术和市场的制约，其相关技术在基本是一片空白。

总结国外最近几年研制的不同水平鱼探仪产品的性能特点，大多都有以下的共同点：采用宽带、多频工作方式，作用距离远，目标分辨力高，同时具有一定的干扰和噪声抑制能力，环境条件适应能力强；采用水平和垂直两维波束扫描，垂直波束实现大角度波束俯仰，避免“过顶”垂直探测对鱼群的干扰；而要实现水平鱼探仪的上述功能，就要求水平鱼探仪声基阵能够进行宽带、大功率工作和水平垂直大角度波束偏转。

传统的半波长布阵形式的圆柱阵，在水平全向发射时，阵元之间会有较大的凹谷，垂直波束偏转一般在30度～40度左右；传统的圆柱阵工作频带较窄，大多是单频工作，因而常按照工作频率所对应的半波长间距来布阵。实际的使用中，由于阵元的一致性以及互辐射等影响，基阵水平指向性会出现较深的凹谷，特别是在这种工作频带宽，且换能器振子尺寸较小的基阵中，指向性的不均匀性更为显著。

发明内容

本发明的目的是为了填补高分辨彩色水平鱼探仪国产化的空白，改变国外产品一统天下的局面，研制一种能够进行宽带工作，探测扫描距离远，并且可以进行水平、垂直大角度波束偏转或俯仰的高可靠性的高分辨彩色水平鱼探仪的宽带声基阵，换能器声基阵具有宽带、大功率工作以及大角度波束偏转的特点，满足水平鱼探仪的使用要求。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种用于高分辨彩色水平鱼探仪的宽带声基阵，包括基阵上法兰、去耦基阵架、灌注层、硫化层、换能器振子和基阵下法兰，基阵上法兰与基阵下法兰之间固定连接有去耦基阵架，去耦基阵架与硫化层之间设置有灌注层；换能器振子作为圆柱阵的布阵基元安装在去耦基阵架中，布阵基元之间采用圆周方向插空的布阵形式，采用工作频带的中间频率的半波长作为布阵间距。

作为优选，所述的换能器振子包括预应力螺杆、后盖板、陶瓷晶堆和前盖板，在前盖板的端面连接有匹配层，匹配层材料的特性阻抗小于换能器上任一部件的特性阻抗。

作为优选，所述基阵上法兰、基阵下法兰和去耦基阵架的同心度一致。

作为优选，所述布阵基元之间采用圆周方向插空的布阵形式是指：在轴线方向上，奇数排上的二组布阵基元相同，偶数排上的二组布阵基元相同，并与奇数排上的一组布阵基元沿径向错开一角度设置。

本发明有益的效果是：本设计中的声基阵选用具有小尺寸、宽带、大功率的纵振换能器作为布阵基元，采用圆周插空的布阵形式，可以实现声基阵的宽频带、大功率工作，同时满足基阵水平和垂直方向的波束扫面要求，增大水平鱼探仪的探测距离和探测范围，提高分辨率。具体而言，该声基阵具有以下特点：

1、在纵向换能器振子有源材料的选型中，选用具有强场损耗低，功率密度大的压电陶瓷材料做为换能器的驱动部件，可以承受较大的电功率，增加换能器的发射声源级，从而提高声基阵的作用距离；

2、纵向换能器由预应力螺杆、后盖板、陶瓷晶堆和前盖板组成。与传统的纵振换能器不同的是在前盖板处增加一匹配层结构，由于匹配层的作用，可使换能器工作带宽达一个倍频程。同时优化换能器的前盖板结构形式，使换能器具有较宽的波束指向性，波束角约80度～90度左右；

3、同传统的圆柱阵布阵相比，采用交错布阵形式的声基阵，水平指向性起伏小无凹谷，垂直波束可实现大角度偏转，偏转角度可达60度，并且在保证声源级的基础上，基阵具有体积较小、重量较轻的特点。

4、声基阵采用灌注和硫化相结合的方式，既可保证声基阵正常的发射接收性能不受影响，又可实现声基阵的长期水下工作的整体水密问题和海洋生物防护问题。

附图说明

图1换能器振子结构；

图2发送电压响应曲线；

图3换能器波束图；

图4声基阵水平波束图；

图5声基阵60度偏转波束图；

图6声基阵结构图。