[发明专利]32模式单晶纵振换能器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水声换能器技术领域，是一种32模式单晶纵振换能器及制备方法。

背景技术

在利用和开发海洋事业中，人们广泛地利用水声。水声的应用构成了声纳的工程学科，而以这种或那种形式利用水声的系统叫做声纳系统。水声换能器是声纳系统的重要组成部分。换能器一般都是指电声换能器，凡能实现电能和声能间相互转换的换能器都称为电声换能器，用来发射声波的换能器叫发射器。用来接收声波的换能器叫接收器。一般情况下，换能器既能用来发射，也能用来接收。

在UUV的声纳应用中，由于UUV安装平台的空间有限、电池能量有限，因此迫切需要基阵的重量轻、尺寸小，这就对换能器的尺寸和重量提出了更高的要求，从而最终降低UUV电源能耗、保证UUV的续航里程。

宽频带发射换能器具有很多优点。在水声对抗中，运用宽频带换能器构成的宽带阵，在多个频率点进行收发，可以提高抗干扰能力，使命中率大大提高。在UUV平台上使用的声纳中，可以利用一个宽频带发射换能器代替多个单频发射换能器来实现多个频点的发射，从而减少换能器的数量、重量和体积，节约了UUV的电池能量，从而保证了UUV的航行里程。

因此，开发研制低频、小尺寸、宽带的水声换能器是各种小平台声纳应用提出的必然要求，是亟待解决的科学技术问题。

弛豫铁电单晶是铌镁酸铅(PMN)或铌锌酸铅(PZN)与钛酸铅(PT)的固溶体。与压电陶瓷相比，单晶材料的杨氏摸量是压电陶瓷的1/5，因此单晶纵振换能器的长度比压电陶瓷纵换能器的长度小1/2；单晶换能器的机电耦合系数接近90％，单晶换能器的带宽比压电陶瓷换能器大1倍。因此弛豫铁电单晶材料非常适合研制低频、小尺寸、宽带的水声换能器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种32模式单晶纵振换能器及制备方法，该换能器可以应用于UUV等小平台安装声纳，该换能器具有工艺简单可靠、纵向尺寸小、带宽较宽的优点，其工作频带宽度可以达到2.5个倍频程。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种32模式单晶纵振换能器，主要包括换能器振子、防水透声层、去耦橡胶、金属外壳和防水电缆，所述的换能器振子被包裹于去耦橡胶内，且换能器振子的上端灌注有防水透水层，该组合成的装置外层包裹有一层金属外壳；所述的防水电缆位于金属外壳的底部，贯穿于金属外壳底部且直至嵌入于去耦橡胶内；其中所述的换能器振子由铍前盖板、压电驱动单元、钨合金后盖板、螺母和钛预应力螺杆组成，3片压电驱动单元沿圆周方向成120度排列，压电驱动单元在铍前盖板和钨合金后盖板之间，通过螺母和钛预应力螺杆将铍前盖板、压电驱动单元和钨合金后盖板锁紧；在铍前盖板端面灌注2mm厚的聚氨酯胶层，构成防水透声层。

所述的压电驱动单元采用32模式的压电单晶片，即在Z方向施加交变电压，在Y方向产生振动位移。

本发明所述的这种32模式单晶纵振换能器的制备方法，该方法包括如下步骤：

1、将钛预应力螺杆与铍前盖板1用螺纹固定，并用504胶粘接螺纹，常温固化；

2、将环氧树脂胶涂抹于铍前盖板与压电驱动单元、压电驱动单元与钨合金后盖板的接触面上；

3、装配铍前盖板、压电驱动单元、钨合金后盖板、螺母和钛预应力螺杆构成换能器振子；

4、沿换能器轴向给压电驱动单元施加20MPa的压力，并用套筒扳手将螺母拧紧；

5、放入80度烘箱中固化4小时；

6、用高温镀银导线将3片压电驱动单元按照电并联的方式焊接在一起；

7、将换能器振子装入金属外壳中，在铍前盖板端面灌注2mm厚的聚氨酯胶层，构成防水透声层。

本发明的有益效果为：结构简单、工艺可靠、轴向尺寸约为同频段工作的普通压电陶瓷纵振换能器的1/3、工作带宽约为2.5个倍频程。其小尺寸、宽带特性可以减小基阵重量尺寸，适用于UUV等小平台声纳设备。

附图说明

图1为32模式单晶纵振换能器振子的结构示意图。

图2为32模式压电振子的工作示意图。

图3为32模式单晶纵振换能器的结构示意图。

图4为32模式单晶纵振换能器的发送电压响应曲线示意图。

附图中的标号分别为：铍前盖板1、压电驱动单元2、钨合金后盖板3、螺母4、钛预应力螺杆5、换能器振子6、防水透声层7、金属外壳8、去耦橡胶9、防水电缆10。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：