[发明专利]一种高频宽带复合棒换能器

说明书

本发明提供了一种高频宽带复合棒换能器，主要由前盖板头端、前盖板尾端、压电陶瓷片、电极片、预应力螺杆套、后盖板、预应力螺杆、电导线、隔振垫和O型密封圈组成；前盖板头端和前盖板尾端通过粘接组合成复合棒用前盖板，其外形成蘑菇状。使用预应力螺杆依次将后盖板、预应力螺杆套、压电陶瓷片、电极片和粘接好的前盖板紧固为一个整体，并在前盖板上安装O型密封圈和隔振垫，将电导线焊接在电极片上，从而组合成一个复合棒换能器。本发明可以在高频范围内实现宽带、大开角、收发合置功能，而且性能可靠，安装、拆换方便。

技术领域

本发明涉及复合棒换能器的技术领域，特别是指一种高频宽带复合棒换能器。

背景技术

蛙人探测声呐是水域防御的关键设备，通常采用高频主动声呐探测技术，并具有高分辨率，实时影像等特性，其探测范围在几百米至上千米，工作频率一般为50～100kHz。常布放在岸边或海(江)底，可以实现对蛙人、游泳者以及小型水下运动目标的自动探测、跟踪、识别与报警是目前对海港、码头、海上石油平台、舰船系泊区等重点水域进行水下监控的主要设备。

声呐阵有圆柱形，也有圆柱与半球复合型。一般由成百上千个复合棒换能器按照一定的规律组合而成，通过电子波束偏转与扫描，可以形成很小的指向性开角并对目标进行探测与定位。声呐阵的指向性开角越小，其定位精度越高，而且探测距离也会相对增大，而影响声呐阵指向性开角大小的因素主要是阵的小孔径和工作频率。阵的孔径越大，其指向性开角越小；工作频率越高，阵的指向性也越小；但是阵的孔径过大，布放困难，成本较高；频率越高，海水的声吸收越大，虽然开角变小，但探测距离减小。因此结合各方因素，声呐阵的频率一般设计为50～100kHz，尺寸一般不大于Φ2m。而且为了增大发射声源级，提高探测距离，复合棒换能器设计为收发合置型。其次，复合棒换能器间的间距也影响探测距离和定位精度。为了消除栅瓣，抑制旁瓣大小，复合棒换能器间距应控制在半波长内，而当前由于工艺水平有限，很难控制在该范围内，但是最大不宜超过波长。因此针对工作波长一般在15～30mm蛙人探测，其基阵的复合棒换能器尺寸要求很小。再次，蛙人探测一般选用线性调频或双曲调频信号，因此需要有一定的带宽，对基阵复合棒换能器，一般要求不小于10kHz。再次，声呐阵电子波束扫描时，要求圆周上尽可能多的复合棒换能器参与工作，所以复合棒换能器的开角越大越好。最后，为了提高基阵的维修性，要求复合棒换能器可以便捷的更换。

针对上述要求，复合棒换能器是首选，但是常规的复合棒换能器，工作带宽窄，不满足要求。采用纵振与前盖板弯曲振动耦合的复合棒换能器可以有效拓展带宽，但是要求大尺寸辐射前盖板，这样既不满足复合棒换能器间距要求，换能器的辐射开角也比较小。

发明内容

本发明实施例提供了一种高频宽带复合棒换能器，为了解决现有技术中常规的复合棒换能器，工作带宽窄，不满足蛙人探测声呐使用要求的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种高频宽带复合棒换能器，由前盖板、压电堆、预应力螺杆套、后盖板、预应力螺杆、电导线、隔振垫和O型密封圈组成；所述前盖板由前盖板头端和前盖板尾端通过粘接组合而成；所述压电堆由压电陶瓷片和电极片组成，每个压电陶瓷片以及压电陶瓷片与前、后盖板间插入电极片；所述后盖板、预应力螺杆套、压电陶瓷片和电极片通过预应力螺杆依次紧固在一起，并与前盖板连接为一个整体；所述前盖板上安装O型密封圈和隔振垫，所述电导线焊接在电极片上，用于将压电陶瓷片在电路上并联。

其中，所述前盖板头端和前盖板尾端粘结成为内含有一个空腔的前盖板。

优选地，所述前盖板的外形呈蘑菇状，即所述前盖板头端的直径大于前盖板尾端的直径。

其中，所述前盖板头端表面开设有螺纹孔。

优选地，所述前盖板头端与前盖板尾端采用高温环氧胶粘接。