[发明专利]一种突破衍射极限的水下声准直器

说明书

本发明涉及一种突破衍射极限的水下声准直器，信号耦合在相应的发射换能器中，所述水下声准直器包含由梯度超构材料制成的第一换能机构和第二换能机构；所述第一换能机构包含实心的方形基座，所述方形基座设置有换能阵列，所述换能阵列包含矩形阵列设置的多个换能件，所述换能件为圆锥形实心结构，所有的所述换能件的底圆面的半径相同，所有的所述换能件的高度相同；所述第二换能机构与所述第一换能机构的结构相同，且所述第二换能机构与所述第二换能机构上下对称设置，上下对应的所述换能件抵接设置。

技术领域

本发明涉及水声换能领域，具体指有一种突破衍射极限的水下声准直器。

背景技术

水声换能器是能把声能和电能（或者两种不同形式的能量）进行互相转换的器件，可用于水下目标探测、水下通信等领域。

但实际应用的水声换能器却有着以下几方面的缺点：（1）传统水声换能器为了匹配压电材料与工作介质水之间的阻抗，通常采用四分之一波长匹配层，从而导致了窄带效应。并且由于单层匹配层材料的声阻抗的不连续性和单一性，往往并不能实现声波的全透射，仍然有一部分的声能量被反射而导致透射声波的声强衰减。（2）由θ=arcsin（1.22λ/D）可知换能器有衍射极限的限制，且在单位距离的情况下物体分辨率d=θ，故换能器的水下探测分辨率与机械尺寸（即辐射面直径）和发射频率都成反比，导致现有换能器在尺寸与声波频率的兼顾设置上具有局限性。传统的换能器要突破衍射极限，需要引入大量的有源相控阵，会使结构设计变得非常复杂。

针对上述的现有技术存在的问题设计一种突破衍射极限的水下声准直器是本发明研究的目的。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明在于提供一种突破衍射极限的水下声准直器，能够有效解决上述现有技术存在的问题。

本发明的技术方案是：

一种突破衍射极限的水下声准直器，信号耦合在相应的发射换能器中，所述水下声准直器包含由梯度超构材料制成的第一换能机构和第二换能机构；

所述第一换能机构包含实心的方形基座，所述方形基座设置有换能阵列，所述换能阵列包含矩形阵列设置的多个换能件，所述换能件为圆锥形实心结构，所有的所述换能件的底圆面的半径相同，所有的所述换能件的高度相同；

所述第二换能机构与所述第一换能机构的结构相同，且所述第二换能机构与所述第二换能机构上下对称设置，上下对应的所述换能件抵接设置。

进一步地，定义所述发射换能器的辐射声波在水里的波长为λ，所述换能阵列的晶格常数a为0.2λ-0.3λ。

进一步地，所述换能件的高度为200 mm -220mm。

进一步地，所述换能件的底圆面的半径为4.7 mm -4.9mm。

进一步地，所述方形基座设置有换能阵列放置区，所述换能阵列放置区的长为420mm-460mm，所述换能阵列放置区的宽为240 mm -280mm，所述换能阵列设置于所述换能阵列放置区内。

进一步地，所述方形基座的宽大于所述换能阵列放置区的宽35-45mm，所述方形基座的长大于所述换能阵列放置区的长35-45mm。

进一步地，上下的所述方形基座之间设置有支撑杆。

进一步地，所述第一换能机构和所述第二换能机构采用ABS材料制成。

进一步地，所述第一换能机构和所述第二换能机构采用声阻抗为3.1 Mrayl -3.2Mrayl的ABS材料制成。

进一步地，所述发射换能器的辐射声波的中心频率为36kHz-40kHz。

因此，本发明提供以下的效果和/或优点：