[其他]无障板单向低频宽带耐高压换能器在审
申请号: | 101985000003008 | 申请日: | 1985-04-18 |
公开(公告)号: | CN85103008B | 公开(公告)日: | 1988-04-06 |
发明(设计)人: | 陈毅锋 | 申请(专利权)人: | 中国科学院声学研究所 |
主分类号: | 分类号: | ||
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地址: | 北京市海淀区*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 无障板 单向 低频 宽带 高压 换能器 | ||
不用反声障板,不加声相移结构和电延时网络,而是通过适当地选取单元的幅度、相位和间距组成具有Pascal蜗线指向性的阵元,再布阵获得可在低频、宽带工作的较好单向指向性。装配的六元阵在3~10KC实测得单向波束,后瓣和旁瓣的最大电平Bs<-13.5db,水平开角大,灵敏度适中,重量轻、体积小、结构紧凑,可承受较高静水压力。
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KOJI NaGA-SAWA等人在电路上进行延时处理(见IEEE Transactions on Antennas and Propagation,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)〕
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