[发明专利]一种高稳定性水声标准器及制作方法

说明书

本发明公开了一种高稳定性水声标准器及制作方法。水声标准器主要由敏感元件组件、支撑杆、上下端盖、透声橡胶套、填充油、不锈钢压环、水密屏蔽电缆等构成。敏感元件选用多个小直径压电陶瓷圆管，谐振频率高于工作频率上限的2倍，远离谐振频率工作。压电陶瓷圆管通过软性的支撑垫柔性悬挂于支撑杆内部，保持自由振动状态。选用透声橡胶套作为透声窗，通过填充油传递能量，避免敏感元件与透声材料直接接触。在制作工艺方面，透声橡胶套与上下端盖通过不锈钢压环挤压变形密封，填充油充满后通过抽真空去除填充油内部气泡，该结构形式及制作工艺保证水声标准器具有良好温度压力时间稳定性，适合作为水声计量标准装置的考核标准。

技术领域

本发明涉及水声测量领域，具体属于一种水声计量标准装置考核用标准器，主要是一种高稳定性水声标准器及制作方法。

背景技术

二战前后，随着军事斗争和海洋开发的需要，诞生了水声工程学科。经过几十年的不断发展，如今水声工程学应用越来越广泛，已经融入到日常生活的各个方面，在军事中的应用主要有各型声呐系统、鱼雷声制导、水雷声引信和水声对抗器材等设备，在民用中主要有海洋通信、海洋环境观测、油气资源勘测、海底沉物搜寻、渔业资源调查等。水声工程应用中有大量用于声接收或发射的水声设备，为了准确评价这些水声设备及其水下声系统和部件的声学性能是否满足设计的技术指标和使用要求，需要建立各种水声性能测试系统，国防科技工业水声一级计量站就建立了多套水声计量标准装置，频率范围从低频到高频，压力从常压到高静水压。水声计量标准装置测量不确定度小，判断其运行状况是否正常，是一项较为困难的工作，需要利用装置考核标准来实现。用于接收性能的考核标准一般称为标准水听器，用于发射性能的考核标准称为标准发射器，能实现收发性能考核的标准称为水声标准器。标准水听器的研究较多，如贾友娣、沈建新等人报道的“20Hz～150kHz高稳定性标准水听器”，何涛、徐卓华等人报道的“100kHz～500kHz压电复合材料标准水听器”等，但这些标准水听器通常带有前置放大器，仅能作为接收性能考核，无法用于发射性能考核。华明龙等人提出《15kHz～25kHz水声标准发射换能器》CN85200255，该换能器为短圆柱形，在工作频率范围内有平坦的发送响应。和常用的发射换能器一样，该方案换能器采用PZT-4材料，表面密封材料为透声橡胶，工作在谐振频率附近，因此其性能随温度、压力变化远大于标准装置的测量不确定度，作为标准装置的发射考核标准是不合适的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种高稳定性水声标准器及制作方法，本发明设计制作了一种接收、发射性能优异，具有高稳定性的水声标准器，应用于中低频水声标准装置的接收和发射性能考核和工作状况的准确评估。

本发明是为了提高水声标准器的稳定性，满足水声计量标准装置收发性能考核需要，公布了一种利用多个小直径压电陶瓷圆管作为敏感元件，敏感元件柔性悬挂，内部充油的高稳定性水声标准器结构及制作方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种高稳定性水声标准器，包括上端盖、下端盖、透声橡胶套和敏感元件组件，透声橡胶套的二端分别与上端盖、下端盖相连接并形成一个封闭的空间，透声橡胶套内部填充油作为能量传递的介质；多根支撑杆安装在该空间内并与上端盖、下端盖的端面连接，用于接收和发射声波的多个敏感元件组件呈上下排列并柔性悬挂于支撑杆上，多个敏感元件组件的正负极通过导线并联后连接到电连接器；水密屏蔽电缆与电连接器连接，电缆头装入上端盖顶部腔体并通过紧固螺钉固定。

所述的敏感元件组件包括上盖板、压电陶瓷圆管、支撑垫片和下盖板，压电陶瓷圆管设置在上盖板和下盖板之间，支撑垫片穿过压电陶瓷圆管柔性悬挂于支撑杆上。

所述压电陶瓷圆管内部为空气去耦，其谐振频率高于工作频率上限的2倍。

采用8个敏感元件组件并联形成等距线列阵。

所述填充油的声阻抗应该与水的声阻抗匹配。

所述透声橡胶套与上端盖、下端盖采用不锈钢压环挤压变形密封。