[发明专利]一种基于弯曲圆盘换能器的低频宽带高效成阵结构

说明书

本发明公开了一种基于弯曲圆盘换能器的低频宽带高效成阵结构，主要包括发射阵，所述的发射阵包括多组换能器单元，发射阵是由多组相同的换能器单元在水平方向按等间距排列组成，换能器单元在发射阵中的姿态一致；换能器单元之间的声中心距离不大于其在谐振频率点的半波长，使得各组换能器单元受到的近场互辐射影响保持一致；所述的换能器单元是指由1个或多个弯曲圆盘换能器在轴向排列而成。本发明通过对弯曲圆盘换能器按特定成阵方式进行布阵可以改变弯曲圆盘换能器的辐射阻抗，从而降低发射阵的谐振频率、拓展工作带宽、提高电声效率，使其适应未来机动式探测系统的发展需要。

技术领域

本发明涉及弯曲圆盘换能器领域，主要是一种基于弯曲圆盘换能器的低频宽带高效成阵结构。

背景技术

随着海洋强国战略的不断实施，水声技术得到不断提高，声纳设备平台呈现多元化发展。其中以拖曳式探测声纳、机载探测声纳和UUV/AUV等机动布放式水声探测系统发展最为迅猛。机动布放式水声探测系统因为灵活便捷、响应快速和远离平台振动等优点而备受关注，未来发展前景和需求极为可观。

机动布放式水声探测系统的安装平台空间较小、载荷较轻，对发射换能器或基阵的尺寸和重量提出了更高的要求。弯曲圆盘换能器具有尺寸小、频率低、外形规则易成阵等特点，非常适合用于各种类型的机动式水声探测系统。

因为处于弯曲振动模态，弯曲圆盘换能器及其常规布阵方法(半波长线列阵)存在以下缺点：在谐振点的电声效率较高，但是工作带宽一般比较窄，且在谐振点附近电声效率下降明显，因此宽频带内功率密度偏低。随着水声探测技术向着低频率、宽频带和大功率的方向发展，弯曲圆盘换能器及其常规布阵方法难以满足低频段水声远程探测与通信技术的发展需要。因为工作在一阶弯曲振动模态，弯曲圆盘换能器及其常规布阵方式的工作带宽较窄、在宽频带内平均电声转换效率较低，且其谐振频率由材料和结构设计决定，无法利用互辐射效应降低谐振频率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于弯曲圆盘换能器的低频宽带高效成阵结构，在空间范围内对弯曲圆盘换能器进行紧密排列，通过近场声压强烈的互耦合作用降低换能器及基阵的谐振频率、拓展工作带宽、提高宽频带内的电声转换效率。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种基于弯曲圆盘换能器的低频宽带高效成阵结构，主要包括发射阵，所述的发射阵包括多组换能器单元，发射阵是由多组相同的换能器单元在水平方向按等间距排列组成，换能器单元在发射阵中的姿态一致；换能器单元之间的声中心距离不大于其在谐振频率点的半波长，使得各组换能器单元受到的近场互辐射影响保持一致；所述的换能器单元是指由1个或多个弯曲圆盘换能器在轴向排列而成。通过对弯曲圆盘换能器按特定成阵方式进行布阵可以改变弯曲圆盘换能器的辐射阻抗，从而降低发射阵的谐振频率、拓展工作带宽、提高电声效率，使其适应未来机动式探测系统的发展需要。

所述的换能器单元中各弯曲圆盘换能器的声中心距离为等间距或非等间距。

所述的弯曲圆盘换能器是以带空气腔的金属板为基础，在金属板上下两面的中心固定一定尺寸的有源材料，并通过透声材料进行水密组成的换能器。

多组换能器单元在水平方向保持同一姿态，并按声中心距离d两两等间距排列，声中心距离d应不小于弯曲圆盘换能器的直径，并不大于换能器单元在谐振频率点的半波长长度。

本发明的有益效果为：

1)、通过对换能器单元进行紧密排列，利用换能器单元间强烈的互辐射作用降低了发射阵的谐振频率，拓展了发射阵的工作带宽；

2)、利用弯曲圆盘换能器的机械阻抗低、有效辐射面积大等优点，通过密排成阵增加了弯曲圆盘换能器的辐射阻，提高了发射阵的电声转换效率；