抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構制造技術

本發明專利技術提供了一種抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構，包括金屬上端蓋，硬質去耦層，軟質去耦層，壓電陶瓷圓管，間隔去耦層，中軸支撐螺桿，金屬下端蓋，水密包覆層，輸出電纜。金屬上下端蓋分別位于圓柱換能器兩端，支撐圓柱換能器的端面；硬質去耦層和軟質去耦層由外向內依次放置在金屬蓋板與陶瓷圓管接觸面之間，用于消除振動的軸向傳播，從而抑制低頻時軸向聲輻射；間隔去耦層位于多個壓電陶瓷圓管之間，用于消除陶瓷管之間的相互影響；中軸支撐螺桿為雙頭螺紋中空螺桿，其與金屬上下蓋板用螺紋旋緊的方式緊固，以保證整體換能器的結構強度；水密包覆層包覆整個圓柱面，確保換能器的水下絕緣性能；電纜與金屬下端蓋通過橡膠硫化方式連接。

Structure for suppressing low-frequency axial acoustic radiation of cylindrical transducer

【技術實現步驟摘要】
抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構
本專利技術涉及水聲換能器設計領域，具體地，涉及抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構，是水聲對抗器材邊發邊收技術應用的重要部件。
技術介紹
在水聲領域，圓柱換能器是較為常見的一種換能器類型，作為發射器具有功率容量大、電聲效率高，結構簡單的優點；作為水聽器具有性能穩定、聲壓接收靈敏度高等優點，因此得到了廣泛的應用，已成為許多聲納系統聲基陣的基本基元。對于圓柱壓電陶瓷水聲換能器，在水平方向上聲能分布比較均勻，為全方向性；但隨陶瓷圓管的徑高比不同，換能器的垂直方向聲能變化較為復雜，對于圓柱換能器垂直方向性的計算已經較為成熟。通常圓柱換能器的研究方法是通過短圓柱的理論公式選擇符合要求的陶瓷圓環進行設計制作，忽略結構上的去耦材料和蓋板的影響，僅對壓電陶瓷環進行模態和諧響應分析后，對圓柱換能器按技術指標要求進行設計。然而當換能器的垂直開角滿足要求，需要在低頻抑制軸向聲輻射，即在低頻需要滿足較大的垂直波束徑軸比時，要考慮無源材料的結構和尺寸對換能器的影響。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構。根據本專利技術提供的一種抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構，包括：金屬上端蓋1、硬質去耦層2、軟質去耦層3、壓電陶瓷圓管4、間隔去耦層5、中軸支撐螺桿6、金屬下端蓋7、水密包覆層8、輸出電纜9；金屬上端蓋1、金屬下端蓋7之間連接有水密包覆層8；壓電陶瓷圓管4位于水密包覆層8內部；在軸向上，金屬上端蓋1與相鄰的壓電陶瓷圓管4之間，金屬下端蓋7與相鄰的壓電陶瓷圓管4之間，均由外向內依次放置有硬質去耦層2、軟質去耦層3，以消除振動的軸向傳播，抑制低頻時軸向聲輻射；所述間隔去耦層5位于多個壓電陶瓷圓管4之間，以消除壓電陶瓷圓管之間的相互影響；所述中軸支撐螺桿6為雙頭螺紋中空螺桿，與金屬上端蓋1、金屬下端蓋7分別用螺紋旋緊的方式緊固；所述輸出電纜9與金屬下端蓋7連接。優選地，兩至四個相同直徑的壓電陶瓷圓管4在結構上串聯疊加，壓電陶瓷圓管4外徑48mm～58mm，高度15mm～20mm，壓電陶瓷圓管4與壓電陶瓷圓管4之間由間隔去耦層5隔斷去耦，間隔去耦層5厚度2mm～4mm。優選地，硬質去耦層2的材料為密度為0.4×103kg/m3的硬質泡沫；軟質去耦層3的材料為密度為0.2×103kg/m3軟木橡膠材料；硬質去耦層2的軸向厚度是軟質去耦層3軸向厚度的兩倍。優選地，金屬上端蓋1、金屬下端蓋7采用的材質的密度大于硬鋁的密度。優選地，抑制軸向聲輻射的工作頻率為14kHz，最佳徑軸比：聲壓徑向/軸向≥6dB。優選地，壓電陶瓷圓管4均為徑向極化，極化方向為內正外負。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：(1)將厚度相差2倍的硬質去耦層和軟質去耦層疊放在一起，放置在金屬端蓋與壓電陶瓷圓管之間，有效的提高了換能器垂直波束中的徑軸比，提高了聲系統的隔離度，相比未采取該結構的換能器垂直方向性更好的實現了對軸向聲壓的抑制作用。(2)由于這種改善的結構方式未改變換能器的有效聲學元件的設計，所以除了對換能器垂直波束的徑軸比改善以外，對換能器的其他聲學性能沒有造成影響，工程應用性顯著增強。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1是本專利技術實施例中圓柱換能器的結構示意圖。圖2是采用本專利技術，改進結構前后的圓柱換能器垂直波束徑軸比對比圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。本專利技術在保證圓柱換能器基本聲性能，在不改變陶瓷圓環尺寸的基礎上，為了獲得更高的圓柱換能器垂直波束徑軸比，對無源材料的結構和尺寸,以及圓柱換能器中無源材料在低頻的去耦和吸聲作用進行研究，探索出一種對圓柱換能器軸向聲輻射抑制較好的結構方式，可以有效提高圓柱換能器的垂直波束徑軸比，從而提高系統的隔離度，更好的實現聲學換能器邊發邊收的功能。圖1是所述抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構，包括：金屬上端蓋1、硬質去耦層2、軟質去耦層3、壓電陶瓷圓管4、間隔去耦層5、中軸固定螺桿6、金屬下端蓋7、水密包覆層8、輸出電纜9。其中本專利技術的金屬上端蓋1，其外徑為50mm，中間軸心處有一個直徑為10mm的圓臺形突起，突起部分的高度為6mm，圓臺的圓周外圍攻有螺紋，以便安裝中軸支撐螺桿。硬質去耦層2和軟質去耦層3均為圓環形結構，其外徑為50mm與金屬外徑相同，其內徑為12mm與中軸固定螺桿外徑相同，硬質去耦層2的厚度是4mm，軟質去耦層3的厚度是2mm，主要用于消除陶瓷圓管的軸向振動和對外的軸向聲輻射。實物換能器的有效壓電器件由3個高度為20mm，外徑50mm，壁厚2mm的壓電陶瓷圓管4組成，壓電陶瓷圓管均為徑向極化，極化方向為內正外負。每個陶瓷圓管之間由間隔去耦層5隔開，用于消除陶瓷圓管之間振動的相互影響。壓電陶瓷圓管的內壁電極并聯引線，引線通過中軸支撐螺桿6側壁上約為3mm直徑的小孔與電纜9芯線的正極連接；圓管的外壁電極并聯引線，與電纜9芯線的負極連接。中軸支撐螺桿為雙頭螺紋中空螺桿，外徑24mm，內徑20mm，與金屬上下蓋板用螺紋旋緊的方式緊固，以保證整體換能器的結構強度；金屬下端蓋7的圓柱軸心有直徑8.5mm的通孔，以便電纜9的芯線可以穿過通孔與壓電陶瓷的正負極引線連接；金屬下端蓋7與金屬上端蓋1有相同的圓臺結構，突起部分的高度為6mm，圓臺的圓周外圍攻有螺紋，以便與中軸支撐螺桿進行螺紋配合；金屬下端蓋7的另外一端留有直徑10mm的電纜頭硫化接口；水密包覆層8覆蓋整個圓柱面，水密層厚度為3mm；輸出電纜9為直徑8mm的兩芯帶屏蔽橡膠電纜，電纜與金屬下端蓋的電纜頭通過橡膠硫化方式連接。在本申請的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本申請的限制。以上對本專利技術的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本專利技術并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影響本專利技術的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構，其特征在于，包括：金屬上端蓋(1)、硬質去耦層(2)、軟質去耦層(3)、壓電陶瓷圓管(4)、間隔去耦層(5)、中軸支撐螺桿(6)、金屬下端蓋(7)、水密包覆層(8)、輸出電纜(9)；金屬上端蓋(1)、金屬下端蓋(7)之間連接有水密包覆層(8)；壓電陶瓷圓管(4)位于水密包覆層(8)內部；在軸向上，金屬上端蓋(1)與相鄰的壓電陶瓷圓管(4)之間，金屬下端蓋(7)與相鄰的壓電陶瓷圓管(4)之間，均由外向內依次放置有硬質去耦層(2)、軟質去耦層(3)，以消除振動的軸向傳播，抑制低頻時軸向聲輻射；所述間隔去耦層(5)位于多個壓電陶瓷圓管(4)之間，以消除壓電陶瓷圓管之間的相互影響；所述中軸支撐螺桿(6)為雙頭螺紋中空螺桿，與金屬上端蓋(1)、金屬下端蓋(7)分別用螺紋旋緊的方式緊固；所述輸出電纜(9)與金屬下端蓋(7)連接。

【技術特征摘要】
1.一種抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構，其特征在于，包括：金屬上端蓋(1)、硬質去耦層(2)、軟質去耦層(3)、壓電陶瓷圓管(4)、間隔去耦層(5)、中軸支撐螺桿(6)、金屬下端蓋(7)、水密包覆層(8)、輸出電纜(9)；金屬上端蓋(1)、金屬下端蓋(7)之間連接有水密包覆層(8)；壓電陶瓷圓管(4)位于水密包覆層(8)內部；在軸向上，金屬上端蓋(1)與相鄰的壓電陶瓷圓管(4)之間，金屬下端蓋(7)與相鄰的壓電陶瓷圓管(4)之間，均由外向內依次放置有硬質去耦層(2)、軟質去耦層(3)，以消除振動的軸向傳播，抑制低頻時軸向聲輻射；所述間隔去耦層(5)位于多個壓電陶瓷圓管(4)之間，以消除壓電陶瓷圓管之間的相互影響；所述中軸支撐螺桿(6)為雙頭螺紋中空螺桿，與金屬上端蓋(1)、金屬下端蓋(7)分別用螺紋旋緊的方式緊固；所述輸出電纜(9)與金屬下端蓋(7)連接。2.根據權利要求1所述的抑制圓柱換能器低頻軸向聲輻射的結構，其特征在于，兩至四個相同直徑的壓電陶瓷圓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王敏慧，胡健輝，張睿，陳慶瑞，劉佳，
申請(專利權)人：中國船舶重工集團公司第七二六研究所，
類型：發明
國別省市：上海,31