[发明专利]一种对称式双圆片低频高灵敏度压电水听器

说明书

本发明公开了一种对称式双圆片低频高灵敏度压电水听器，压电敏感材料是两个圆形的PZT‑4薄片，压电薄圆片谐振频率低，对低频声信号更敏感。本发明采用两组相同几何尺寸、参数规格的聚氨酯保护层、压电陶瓷薄圆片、聚氨酯衬底，对称放置在一个圆柱形金属块两端，上下端面以不锈钢盖板压紧，形成一个圆柱形整体，盖板上有数个圆形开孔透声；此外还设有不锈钢密封外壳，一方面为对称双面接收探头提供保护，另一方面内置信号调理电路，探头转换信号进入调理电路处理后，通过水密接插件以数字信号形式输出。本发明水听器外形近似圆柱体和立方体的拼接，利用双面压电陶瓷圆片接收，实现了低频接收灵敏度性能的提高。

技术领域

本发明属于水声探测设备领域，具体涉及一种对称式双圆片低频高灵敏度压电水听器。

背景技术

开发利用海洋资源，以及保障海洋安全都离不开信息的获取。声波是人类目前掌握的能在水中远距离传播的能量形式，能量损耗小，同时又能避免电磁场的干扰。因此水声探测技术是目前海洋探测中应用最为广泛的技术之一。水声探测领域中的传感器包括发声换能器和接收换能器，接收换能器用于水下声波信号的检测与分析，也叫作水听器。压电水听器利用压电效应将声波信号转化为电信号，用于后续的信号采集处理，是一种利用压电敏感元件作为换能器的机电转换装置，这类水听器应用广泛，稳定性好。

近些年来对于低频信号的探测逐渐成为需求之一。圆管型、圆环型压电陶瓷水听器应用最为广泛，圆管状的换能器为了提高灵敏度，主要有两种做法：一种是用多个圆管、圆环并联，多圆管、圆环并联的方法往往会增大探头体积；另一种做法是改变极化方式，使用切向极化的压电圆管。切向极化压电圆管是由多个分瓣结构组合起来的，每个分瓣都是切向极化，相邻单元极化方向相对，进行电学并联，这种做法的好处是利用了压电材料最大的压电系数，然而这种方式对换能器的制造工艺和耐用性能都有了更高的要求，成本高昂。并且圆管型、圆环型压电陶瓷水听器谐振频率高，更适合中高频信号探测领域。

圆盘双叠片、三叠片结构主要用于超低频段水听器，该结构谐振频率低，并且轴向极化、厚度方向振动的圆盘敏感材料，也利用了材料最大的压电系数，低频开路输出灵敏度高。然而圆盘双叠片、三叠片结构厚度方向尺寸小，整体较薄，耐压能力不好，在高水压环境下存在陶瓷片被压坏失效的风险，并且这类低频水听器中，内置放大电路的较少。基于压电复合材料或高分子材料的水听器制作工艺复杂，成本较高，也有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于针对低频信号的探测需求，解决现有压电水听器低频响应不够好的问题，利用压电陶瓷圆片最优的压电系数d33，发明一种对称式双圆片低频高灵敏度压电水听器，该水听器用两个压电陶瓷薄圆片作为声电换能器，形成对称双面水听器结构，并在换能器之后匹配放大电路以及后续信号调理电路。

本发明的目的是通过如下技术方案完成的：

一种对称式双圆片低频高灵敏度压电水听器，该水听器包括：

固定在一起的换能器保护壳体和电路板密封壳体；

放置在所述换能器保护壳体中的对称双面接收换能器；

放置在所述电路板保护壳体中的信号放大电路和信号调理电路，所述信号调理电路位于所述信号放大电路之后，所述信号放大电路为两路；

所述对称双面接收换能器包括位于中部的圆柱体支撑块，所述圆柱体支撑块外周套设套环；

所述对称双面接收换能器还包括对称放置在所述圆柱体支撑块两侧的两套换能装置，每套换能装置包括聚氨酯保护层、压电陶瓷薄圆片、聚氨酯衬底、大固定环、小固定环，所述压电陶瓷薄圆片、聚氨酯衬底、小固定环依次放置在所述大固定环内，且由所述小固定环与所述大固定环固定连接，从而将所述压电陶瓷薄圆片、聚氨酯衬底压紧在所述大固定环内；所述大固定环的一个端面放置在所述套环上，且所述聚氨酯衬底和所述圆柱体支撑块的端面相接触；所述大固定环的另一个端面上放置所述聚氨酯保护层；所述聚氨酯保护层、所述大固定环、所述压电陶瓷薄圆片三者形成的密闭空间中充满蓖麻油。