[发明专利]抑制圆柱换能器低频轴向声辐射的结构

说明书

本发明提供了一种抑制圆柱换能器低频轴向声辐射的结构，包括金属上端盖，硬质去耦层，软质去耦层，压电陶瓷圆管，间隔去耦层，中轴支撑螺杆，金属下端盖，水密包覆层，输出电缆。金属上下端盖分别位于圆柱换能器两端，支撑圆柱换能器的端面；硬质去耦层和软质去耦层由外向内依次放置在金属盖板与陶瓷圆管接触面之间，用于消除振动的轴向传播，从而抑制低频时轴向声辐射；间隔去耦层位于多个压电陶瓷圆管之间，用于消除陶瓷管之间的相互影响；中轴支撑螺杆为双头螺纹中空螺杆，其与金属上下盖板用螺纹旋紧的方式紧固，以保证整体换能器的结构强度；水密包覆层包覆整个圆柱面，确保换能器的水下绝缘性能；电缆与金属下端盖通过橡胶硫化方式连接。

技术领域

本发明涉及水声换能器设计领域，具体地，涉及抑制圆柱换能器低频轴向声辐射的结构，是水声对抗器材边发边收技术应用的重要部件。

背景技术

在水声领域，圆柱换能器是较为常见的一种换能器类型，作为发射器具有功率容量大、电声效率高，结构简单的优点；作为水听器具有性能稳定、声压接收灵敏度高等优点，因此得到了广泛的应用，已成为许多声纳系统声基阵的基本基元。

对于圆柱压电陶瓷水声换能器，在水平方向上声能分布比较均匀，为全方向性；但随陶瓷圆管的径高比不同，换能器的垂直方向声能变化较为复杂，对于圆柱换能器垂直方向性的计算已经较为成熟。通常圆柱换能器的研究方法是通过短圆柱的理论公式选择符合要求的陶瓷圆环进行设计制作，忽略结构上的去耦材料和盖板的影响，仅对压电陶瓷环进行模态和谐响应分析后，对圆柱换能器按技术指标要求进行设计。然而当换能器的垂直开角满足要求，需要在低频抑制轴向声辐射，即在低频需要满足较大的垂直波束径轴比时，要考虑无源材料的结构和尺寸对换能器的影响。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种抑制圆柱换能器低频轴向声辐射的结构。

根据本发明提供的一种抑制圆柱换能器低频轴向声辐射的结构，包括：金属上端盖1、硬质去耦层2、软质去耦层3、压电陶瓷圆管4、间隔去耦层5、中轴支撑螺杆6、金属下端盖7、水密包覆层8、输出电缆9；

金属上端盖1、金属下端盖7之间连接有水密包覆层8；

压电陶瓷圆管4位于水密包覆层8内部；在轴向上，金属上端盖1与相邻的压电陶瓷圆管4之间，金属下端盖7与相邻的压电陶瓷圆管4之间，均由外向内依次放置有硬质去耦层2、软质去耦层3，以消除振动的轴向传播，抑制低频时轴向声辐射；

所述间隔去耦层5位于多个压电陶瓷圆管4之间，以消除压电陶瓷圆管之间的相互影响；

所述中轴支撑螺杆6为双头螺纹中空螺杆，与金属上端盖1、金属下端盖7分别用螺纹旋紧的方式紧固；

所述输出电缆9与金属下端盖7连接。

优选地，两至四个相同直径的压电陶瓷圆管4在结构上串联叠加，压电陶瓷圆管4外径48mm～58mm，高度15mm～20mm，压电陶瓷圆管4与压电陶瓷圆管4之间由间隔去耦层5隔断去耦，间隔去耦层5厚度2mm～4mm。

优选地，硬质去耦层2的材料为密度为0.4×10³kg/m³的硬质泡沫；软质去耦层3的材料为密度为0.2×10³kg/m³软木橡胶材料；硬质去耦层2的轴向厚度是软质去耦层3轴向厚度的两倍。

优选地，金属上端盖1、金属下端盖7采用的材质的密度大于硬铝的密度。

优选地，抑制轴向声辐射的工作频率为14kHz，最佳径轴比：声压径向/轴向≥6dB。

优选地，压电陶瓷圆管4均为径向极化，极化方向为内正外负。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：