[发明专利]一种U型压电复合材料换能器的制作方法

说明书

本发明公开了一种U型压电复合材料换能器的制作方法，这种U型压电复合材料换能器的工作频率300kHz，先利用模具将压电元件按照双曲余弦线型进行排列，然后在元件的缝隙中灌注聚合物，固化后对表面进行研磨，通过磁控溅射或者蒸镀的方式对表面进行电极处理，最终进行水密处理，从而获得两侧信号逐渐增强的高频宽波束换能器。本发明300kHz的波束宽度大于160度，两侧的信号比中心位置增加13dB以上；电压发送响应260～320kHz范围内的起伏为6dB，换能器的优点为：制作工艺简单，高频的波束宽度大，同时，两侧能量逐渐增强。该换能器可应用于水下探测、水下航行器的避障及海上工程实施等。

技术领域

本发明涉及水声换能器的领域，具体涉及一种U型压电复合材料换能器的制作方法。

背景技术

高频宽波束换能器在水下探测和定位方面具有相当广阔的前景，比如海上工程实施、海港监视、蛙人探测、水雷和水雷类目标识别、水下航行器的避障及导航等。

高频U型压电复合材料换能器在国外尚未见报导。国际上，高频多波束发射换能器一般都是采用圆弧型的复合材料，例如Reson公司seabat7125声纳、美国R2sonic2024声纳，挪威Norbit公司WBMS系列等，其发射阵均为圆弧型阵，采用的激励元件为圆弧型压电复合材料。圆弧型发射阵工作时会形成一个半圆形的波束，但在声纳系统实际工作中两侧的回波信号较弱，在某些应用场合，对换能器指向性有特殊需求，比如主波束需要接近半空间，且主波束中心到两侧均匀连续增加，这类指向性的实现就必须利用非圆曲线实现，主波束中心到两侧均匀连续增加使得换能器基阵孔径函数必须连续、均匀变化；同时，使得基阵孔径函数各点的曲率半径不相同，中心位置的曲率半径小于两侧的曲率半径，形成一个两侧能量相对于中心位置逐渐增强的宽波束。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种U型压电复合材料换能器的制作方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种U型压电复合材料换能器的制作方法，采用U型压电复合材料制作，换能器能形成一个两侧能量相对于中心位置逐渐增强的宽波束。

该方法的具体步骤如下：

(1)、制作阵元：阵元的横向尺寸小于厚度方向尺寸；

(2)、主波束中心到两侧均匀连续增加使得换能器基阵孔径函数必须连续、均匀变化；同时，使得复合材料孔径函数各点的曲率半径不相同，中心位置的曲率半径小于两侧的曲率半径，而变化的曲率半径通过模具来保证，模具的线型需满足双曲余弦曲线；

(3)、利用定位模具将压电元件按照双曲余弦线型进行排列，然后在元件的缝隙中灌注聚合物，固化后对表面进行研磨，通过磁控溅射或者蒸镀的方式对表面进行电极处理。

所述U型压电复合材料其U型采用双曲余弦线型，双曲余弦公式如下：

cosh(x)＝[e^x+e^-x]/2

其中U型双曲余弦的开口尺寸为0.16m，压电元件的正极方向统一向外。

所述压电复合材料的阵元尺寸为2.5mm×2.5mm×4.8mm，材料为PZT4，利用阵元的厚度振动，减小其耦合振动。

所述U型压电复合材料换能器指向性的两侧信号比中心位置增加13dB以上。

本发明的有益效果为：

1、本发明制作工艺简单，高频的波束宽度大，同时，两侧能量逐渐增强。

2、本发明可应用于水下探测、水下航行器的避障及海上工程实施等。

附图说明

图1为本发明的双曲余弦曲线线型图。