[发明专利]宽带电声换能器及宽带电声阵列

说明书

本发明涉及一种宽带电声换能器及宽带电声阵列。本发明揭示能够同时或顺序地形成多个覆叠声束的多频活塞换能器。在一个实施方案中，揭示能够同时或顺序地形成两个覆叠声束的双频活塞换能器。所述换能器由以不同频率操作的物理集成为单个多频配置的两个或多于两个电及声独立的活塞换能器组成。此单个多频配置由安置于较低频活塞换能器的孔口区内的高频孔口组成。另外，还揭示并入单个外壳内的多个双频活塞换能器，举例来说，其适用于ADCP及船舶/船只速度应用的测量。还揭示制造及使用前述多频活塞换能器的方法。

优先权

本申请案主张2018年9月14日提出申请的具有相同标题的序列号为16/131,970的共同拥有且同在申请中的美国专利申请案的优先权权益，所述美国专利申请案主张2018年2月21日提出申请的具有相同标题的序列号为62/633,468的共同拥有且同在申请中的美国临时申请案的优先权权益，前述申请案中的每一者的内容以其全文引用方式并入本文中。

相关申请案的交叉参考

本申请案涉及2011年10月26日提出申请的标题为“多频2D相控阵列换能器(MultiFrequency 2D Phased Array Transducer)”的序列号为13/282,257的共同拥有的美国专利申请案，所述专利申请案主张2010年11月1日提出申请的具有相同标题的序列号为61/456,086的美国临时专利申请案的优先权权益，所述专利申请案中的每一者以其全文引用的方式并入本文中。

版权

本专利文献的揭示内容的一部分含有受版权保护的材料。如专利及商标局专利文件或记录中所显现，版权所有者不反对任何人对专利文献或专利揭示内容的摹真复制，但无论如何另外保留所有版权权利。

技术领域

本发明一般来说涉及声呐换能器，且在一个示范性方面中涉及用于测量水下水流随深度的变化的窄射束多频活塞声呐换能器，举例来说，声学多普勒水流轮廓仪(ADCP)系统。

背景技术

水下声呐换能器广泛用于不同类型的声学反向散射系统中来测量沿着窄声束的速度及/或距离。这些声纳中的一类采用单个圆盘换能器，其中活塞换能器产生法向于换能器面的单个辐射声束。图1中图解说明包含单个辐射面102的一种此类示范性现有技术活塞换能器100。这些活塞换能器100可独立地利用，或可在(举例来说)所谓的ADCP(声学多普勒水流轮廓仪)应用中与其它类似类型的活塞换能器组合地利用。ADCP系统可从(举例来说)水面船舶操作，其中测量遍及给定水柱的水流轮廓通常是合意的。然而，水面附近的水柱区域通常比较深水柱更具空间性、时间性且在速度上具有更大动态波动。因此，以比较深的较长范围区域高的空间、时间及速度分辨率测量换能器附近的较浅区域可为合意的。对于具有附近动态的水运动及较深的不那么动态的水运动的此类ADCP声纳应用，这些ADCP声纳系统当前通过利用以下装置操作而实现：(1)两个单独且相异的活塞型(“圆盘”)ADCP声纳，其处于两个四射束集，其中每一集的频率分离通常约为四倍；或(2)双频2D相控阵列换能器，例如2011年10月26日提出申请的标题为“多频2D相控阵列换能器”的序列号为13/282,257的共同拥有的美国专利申请案中所揭示的换能器，所述换能器主张2010年11月1日提出申请的具有相同标题的序列号为61/456,086的美国临时专利申请案的优先权权益，前述专利申请案中的每一者在上文以其全文引用的方式并入本文中。

然而，此等现有技术在以下方面受限：(1)每一操作频率下的带宽限于约百分之六(6％)；(2)上文提及的ADCP应用中所揭示的相控阵列换能器相比于前述四活塞集来说制造起来较昂贵；(3)其不可用于水面下系泊应用，其中系泊缆绳由于换能器前面的近场射束成形需要而安置于换能器前面；及(4)不可用于深海部署，这归因于多元件阵列的较低额定压力。因此，期望解决前述关注点的换能器设备。

发明内容