[其他]无障板单向低频宽带耐高压换能器

说明书

本发明属于一种水声用单向指向性换能器。

在为定向、测距这样一些实用检测目的而设计的换能器中，指向性是一个重要的问题，单向指向性特别地受到重视。单向指向性换能器在作发射器使用时，可以把能量集中到所需要的方向，提高辐射功率的有效使用率;在作接收器时能抑制干扰，改善信噪比，提高系统的增益。

为了获得单向波束，美国Bell实验室的G.M.Sessler和L.E.West提出给换能器附加声学相移结构（见J·A·S·A·Val53，NO6（1973），日本人KOJINaGA-SAWA等人在电路上进行延时处理（见IEEETransactionsonAntennasandPropagation，1976.7）。在国内外也有用反声、吸声及阻性衬垫声学材料或用（软的或硬的）反声障板以获得单向性波束。但是，为使换能器具有单向性而采取的这些措施都存在一定的缺陷。一般说来，障板的尺寸大于传播介质中工作频率下的波长时，系统才具有指向性。因此，在低频使用的时候就要将障板做得既大且笨重。在换能器的使用中，为减小附加在换能器上的障板所带来的相移影响，障板表面的不平整度要求限制在0.5mm之内。这给机械加工及装配带来困难。现代核潜艇能够在500米水深以下长时间地潜航，而在这么高的静水压力下，目前所采用的软障板及声学材料都要失败。硬障板有重量太重的问题，影响使用。至于用电延时和声学移相处理的办法使工艺复杂化并且提高了成本。特别应当指出：用上述办法获得的单向性与宽频带不能同时满足。它们都是窄带工作，窄带在工程应用中用途有限。

本发明的目的〈＆＆〉合成有指向性的阵元，再用这种阵元布阵使换能器获得单向性指向性。这样就克服了前述办法中存在的缺陷。

本发明换能器的阵元由三个灵敏单元组成，具有Pascal蜗线指向性。由于在不同的频率下工作时Pascal蜗线可以变为蚌状线、心脏线、蚶形线，可以达到在较宽的工作频带上具有单向性的结果。这样，本发明不用通常所用的加软或硬的障板，也不加反声、吸声和阻性声学材料，不用电延时网络和声学移相结构，而是靠自身的结构，通过选用无指向性单元的幅度、相位及诸元间距控制指向性，获得切合需要的低频宽带耐高压单向性换能器。

本发明具有结构紧凑、轻便、易于加工和装配、造价低的特点。其重量仅为传统结构换能器的１/６，能够在80大气压的静水压力下工作。

附图说明：

图1为本发明换能器的阵元剖面结构图。

图2为本发明的换能器阵元的电联接图。

图3为本发明换能器的结构图。

图4为本发明换能器的电联接图。

图5、6为本发明的阵元的垂直指向性图。

图7为本发明的阵元的水平指向性图。

图8到图14为本发明的〈＆＆〉的垂直指向性图。

本发明提出的无〈＆＆〉，（5）、（6）为玻璃钢定位块，（7）为定位片，（8）为屏蔽网，（9）为屏蔽网托架，（10）为JA-25^＃聚氨脂橡胶，（11）为屏蔽输出电缆。（12）、（13）和（14）为阵元TR₁的灵敏单元，（12）和（14）等幅，（13）为（12）和（14）之和，其电气联接为（14）与（12）、（13）反相。其电联接如图2示，即（13）作辐射器，（12）作引向器，（14）作反射器。在装配时将诸件交接部分涂一层环氧树脂胶在（1）上同心迭装，用（2）压紧，胶固化后便成一体。由（12）、（13）、（14）这三个单元组合的系统在极坐标中指向性的表达式为：

R（θ）＝1/A+2B〔A+2Bsin（2πd/2cosθ）〕

式中d为（13）与（12）或（13）与（14）的间距，A为（13）的幅值，B为（12）、（14）的幅值，λ为工作频率的波长，θ为参考（12）、（13）、（14）轴线的入射角。由于结构对称，指向性只随θ、A、B及d/λ而变化。在d很小时，R（θ）表示的是Pascal曲线族，因（12）、（13）、（14）幅值、相位、间距及工作频率不同，Pascal曲线可以变为园、蚌状线、心脏线、蚶形线及8字形的双向指向性。选用适当的参数便可以做出在较宽频带使用的单向性阵元。