[实用新型]一种高灵敏度的探针水听器

说明书

技术领域

本实用新型属于声学领域，具体涉及一种高灵敏度且宽频带的探针水听 器。

背景技术

声压水听器是检测水中声信号以及噪声最重要的工具，在诸多水听器中， 探针水听器由于其尺寸很小以及对声场的扰动小，常被用于声场的高精度测 绘、声传感器的检测标定以及超声设备的检测校准和性能评估。水听器的性 能(灵敏度、频率响应)会直接影响到结果的准确性和全面性，所以水听器 的性能好坏在声学领域的应用中尤为关键。

根据所用灵敏材料的不同，探针水听器可以分为：PVDF探针水听器、压 电陶瓷探针水听器、压电晶体探针水听器和压电复合材料探针水听器。其中 压电陶瓷和PVDF探针水听器是最为常见，已经实现了商业化。灵敏部分直径 为1mm的压电陶瓷探针水听器尾部电缆为1m时，其电缆端开路灵敏度为 0.674μV/Pa，其相对平坦的频率响应可达6MHz左右。但由于陶瓷圆片的径向 振动模式的高阶谐振和背衬材料中的混响导致其频响不稳定。此外，大部分 有用的陶瓷水听器的指向特性常常与理论预测有较明显的不同。灵敏部分直 径为1mm的PVDF探针水听器，尾部电缆为1m时，其电缆端开路灵敏度为0.1～ 0.12μV/Pa，谐振频率在25MHz以下，指向性特性好，同时探针的频响特性可 以达到很平滑，起伏在±1.5dB范围内。

目前美国的ONDA和英国的PrecisionAcoustics是能够提供探针水听器 的两家公司，价格也相对比较昂贵。ONDA公司的HNC系列压电陶瓷探针水听 器，具有较高的灵敏度(最高达到-238dB)，但是在不同频率的响应不稳定； 而HNP系列的压电聚合物探针水听器的频率响应曲线很平坦，但是灵敏度要 比HNC系列的水听器至少低10dB；英国的PrecisionAcoustics公司则只生 产PVDF探针水听器，其中PVDF元件直径1.0mm的探针水听器灵敏度为-241.4 dB。从中可以看出，压电陶瓷探针水听器存在最大的问题是在不同频率下的 响应不稳定，频率响应不够平坦。而PVDF探针水听器则是灵敏度不够高。且 PVDF材料因耐热性的限制，常用的PVDF探针水听器不能在高温、高声压环境 下工作，其适用温度通常在50℃以下。

近年来，随着声学技术的快速发展，相关研究对声场的空间和时间特性 进行定量测量的精度要求不断提高，意味着对探针水听器各方面的性能(灵 敏度、频率响应、稳定性等)提出了更高的要求。而在广泛使用的PVDF和压 电陶瓷探针水听器都有着各自的缺点。因此，现阶段设计制备一款高灵敏度、 宽频率响应、性能稳定的探针水听器显得十分的必要。

新型材料PMN-PT晶体在PT含量为0.33～0.35时存在一个三方和四方相 共存的准同型相界(MPB)，具有较大的压电性，压电电荷系数约为2000～2500 PC/N，机电耦合系数K可以到90％以上，甚至94％，最大形变可以达到1.7 ％。PMN-PT优异的压电性能保证采用其作为压电元件制作而成的探针水听器 得到较高的灵敏度，同时采用前端匹配技术能够保证宽频带的平坦响应以及 稳定的性能。这些优异的性能也将使其可以逐渐替代PZT和PVDF等压电材料 在医用超声探头、水下声纳、压电驱动器等声学领域得到广泛应用。

发明内容

本实用新型的目的是针对传统的PVDF和压电陶瓷探针水听器的不足，提 供一种高灵敏度、宽频带的探针水听器，作为精密仪器，应用于声学计量实 验室的各项工作中以及各类声学仪器的校准和标定。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括前端感应部分、夹持部分和接线电缆部分；所述的前端 感应部分包括第一匹配层、第二匹配层、PMN-PT晶体、漆包线和不锈钢管套； 所述的漆包线套置在不锈钢套管中，PMN-PT晶体的正极与漆包线的内芯用导 电胶粘接；所述的第二匹配层粘接到PMN-PT的负极，第一匹配层粘接到第二 匹配层上；不锈钢管套内壁与漆包线之间注有环氧灌封胶；PMN-PT晶体的负 极与不锈钢管套通过导电胶点粘；所述的夹持部分套置在前端感应部分的不 锈钢管套外并进行水密处理；所述的接线电缆部分与漆包线连接，接线电缆 部分的输出端是BNC接口。

所述的PMN-PT晶体为直径1mm的圆片；所述的不锈钢管套的内径为 1.2mm，长度为50mm；所述漆包线的内芯直径为1mm。

所述漆包线的内芯为铜丝。