[发明专利]一种高频换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种水中换能器领域，尤其涉及一种高频换能器。

背景技术

高频换能器在水下导航和定位方面具有相当广阔的前景，比如超短基线定位、短基线定位、水声辅助导航、靠岸声纳、浅海测深声纳等方面，均有高频换能器的身影。

现有的高频换能器大都是收发分开式，单独的发射换能器或单独的接收换能器，即使收发共用的换能器，也是利用同一种陶瓷元件，这就使得有源元件的性能不能充分发挥，而且，当接收换能器与发射换能器的技术要求差异较大时，只能采用收发分开的换能器。高频收发一体化换能器采用不同的有源元件，发射换能器采用PZT4，接收换能器采用PZT5元件，接收换能器置于发射换能器中间位置，充分发挥了发射和接收的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的不足，而提供一种发射换能器和接收换能器合置于一体的高频换能器。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它由接收换能器和发射换能器组成的一体式换能器元件，且接收换能器置于发射换能器的中间位置；该一体式换能器元件置于金属支撑基座上，金属支撑基座下方连接有四芯电缆。

作为优选，所述的发射换能器为两个大小不一的圆环形PZT4陶瓷元件组成，并采用大环套小环的方式将两个PZT4陶瓷元件组合一起。

作为优选，所述的接收换能器为圆形PZT5陶瓷元件，该圆形PZT5陶瓷元件采用不均匀等分切割，并通过去耦胶皮拼镶成圆形的接收换能器。

作为优选，所述的发射换能器与接收换能器间包覆有一层海绵胶皮。

作为优选，所述的金属支撑基座的表面硫化有一层减振橡胶，该金属支撑基座与一体式换能器元件间填充有一层聚氨酯橡胶；一体式换能器元件置于金属支撑基座上并连为一体的外层由聚氨酯橡胶全包覆。

作为优选，所述的金属支撑基座的外沿大于发射换能器外沿的尺寸。

本发明的有益效果为：1、高频换能器的设计耐压强度为5.5MPa，发射换能器和接收换能器合置于一体，节约空间，整体全包覆聚氨酯橡胶，减振降噪；2、一体化设计需同时考虑发射换能器和接收换能器的结构及性能，同时包括整体的空间设计，利用表观弹性法及有限元法对陶瓷元件进行尺寸优化设计，有效地抑制陶瓷元件径向振动模式与纵向振动模式的耦合，并利用二次灌注的方式，使得一体式换能器元件与金属支撑基座无直接刚性连接，在一体式换能器元件与金属支撑基座之间填充了聚氨酯橡胶，起到了很好的隔振作用；3、整个换能器由聚氨酯橡胶全包覆，与安装件无刚性连接，保证了换能器的减振降噪性能；4、换能器内部无空腔，且内部有金属支撑基座，金属支撑基座的外沿大于发射换能器的尺寸，保证了换能器能够在高静水压力下工作。

附图说明

图1是本发明的换能器剖面结构示意图。

图2是本发明的一体式换能器元件结构示意图。

附图中的标号分别为：1、接收换能器，2、发射换能器，3、金属支撑基座，4、四芯电缆，5、海绵胶皮，6、聚氨酯橡胶，7、一体式换能器元件，11、PZT5陶瓷元件，12、去耦胶皮，21、PZT4陶瓷元件，31、减振橡胶。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图1、2所示，本发明由接收换能器1和发射换能器2组成的一体式换能器元件7，且接收换能器1置于发射换能器2的中间位置；该一体式换能器元件7置于金属支撑基座3上，金属支撑基座3下方连接有四芯电缆4。所述的金属支撑基座3的外沿大于发射换能器2外沿的尺寸，保证了换能器能够在高静水压力下工作。

所述的发射换能器2为两个大小不一的圆环形PZT4陶瓷元件21组成，并采用大环套小环的方式将两个PZT4陶瓷元件21组合一起；PZT4陶瓷元件21经过尺寸优化设计，有效地抑制PZT4陶瓷元件21径向振动模式与纵向振动模式的耦合，提高了发射效率。所述的接收换能器1为圆形PZT5陶瓷元件11，对PZT5陶瓷元件11进行不均匀等分切割，再通过去耦胶皮12拼镶成圆形的接收换能器1，提高了换能器的厚度振动性能，避免了横向的耦合振动，拓宽了工作带宽。所述的发射换能器2与接收换能器1间包覆有一层海绵胶皮5。

所述的金属支撑基座3的表面硫化有一层减振橡胶31，该金属支撑基座3与一体式换能器元件7间无直接刚性连接，且两者间填充有一层聚氨酯橡胶6，起到了很好的隔振作用。一体式换能器元件7置于金属支撑基座3上并连为一体的外层由聚氨酯橡胶6全包覆，与安装件无刚性连接。所述的换能器采用先灌注背侧，再整体灌注的方式，保证了可靠性。

高频换能器分为以下几个步骤制作而成：