[发明专利]一种高频宽带水声换能器及其制造方法

说明书

本发明属于涉及一种高频宽带水声换能器器件，具体为一种高频宽带水声换能器及其制造方法。所述水声换能器包括从上至下依次平行安装在外壳内的匹配层、晶片背衬层以及透声包覆层；晶片为1‑3‑2型压电陶瓷复合材料结构，包括陶瓷基底，在陶瓷基底的上方生长有多个陶瓷基元，每两个陶瓷基元之间通过高分子聚合物连接；陶瓷基元上方设置有上电极；陶瓷基底下方设置有下电极，从下电极处经过背衬层和外壳引出水密电缆或水密接插件，将接收或者发射的电信号进行输入或者输出。本发明根据工作频率以及带宽特性的技术要求，对晶片和匹配层优化设计，应用于水下测速声纳以及探测声纳时，可进行宽带信号处理增加信息量、提高探测精度及增加探测范围等。

技术领域

本专利涉及一种高频宽带水声换能器器件，尤其涉及一种应用于水下测速测深以及其他探测用水声换能器器件，具体为一种高频宽带水声换能器及其制造方法。

背景技术

随着水声对抗和水下探测技术的不断发展，高频宽带换能器的需求日益增加。通常情况下，高频换能器的带宽较窄，随着水下探测精度和水下通信的发展，要求高频换能器具有较大带宽，以满足后端的宽带信号处理，提供更多的信息量。

1-3-2型压电复合材料换能器具有宽频带、高转化效率、高发射响应以及高接收灵敏度等优点，被广泛应用在各种水下声呐中。该类型换能器一般由透声层、1-3-2型压电复合陶瓷敏感元件、背衬层以及外壳组成。随着水声技术以及相关应用的不断发展，现有的该型换能器的带宽特性不能满足新的应用需求，不能有效拓宽换能器的带宽，并且其电极制备复杂，结构不稳定，极易发生变形等。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明考虑到带有匹配层的1-3-2型压电复合换能器可进一步拓宽换能器的带宽，同时可有效克服带有匹配层的1-3型压电复合材料换能器电极制备复杂、结构不稳定极易发生变形等缺点，满足水声应用的高性能以及高可靠性的技术要求。

具体的，本发明的一种高频宽带水声换能器，包括从上至下依次平行安装在外壳内的匹配层、晶片以及背衬层；在匹配层的上方还安装有透声包覆层；所述晶片为1-3-2型压电陶瓷复合材料结构，该结构包括陶瓷基底，在陶瓷基底的上方生长有多个陶瓷基元，每两个陶瓷基元之间通过高分子聚合物进行连接；在陶瓷基元的上方设置有上电极；在陶瓷基底的下方设置有下电极，从下电极处依次经过背衬层和外壳引出水密电缆或水密接插件，用于将接收或者发射的电信号进行输入或者输出。

进一步的，所述匹配层包括将高分子聚合物分别与金属粉末或者金属氧化物粉末混合而成，金属粉末或金属氧化物粉末在匹配层中的质量占比为20％～60％，其粉末直径小于2微米。

优选的，金属粉末与高分子聚合物的质量配比为0.4:0.6。

进一步的，所述匹配层的厚度根据水声换能器的工作频率f计算而成，该厚度具体为v表示经过匹配层的声速。

进一步的，所述1-3-2型压电陶瓷复合材料结构均包括多种发射性、接收型或者收发兼容型压电材料，具体包括PZT-41型，PZT-43型，PZT-5型，PZT-8型中任意一种或者多种型号复合。

进一步的，压电陶瓷复合材料结构中压电陶瓷基元的占比为30％～90％；所述压电陶瓷基元的长为1～5mm，宽为1～5mm，厚度为2～10mm，每两个压电陶瓷基元之间的宽度为0.1mm～10mm，陶瓷基底的厚度为0.2～5mm。

进一步的，高分子聚合物包括环氧树脂或/和聚氨酯。

优选的，高分子聚合物为环氧树脂。

优选的，匹配层中采用与1-3-2型压电陶瓷复合材料结构中一致的高分子聚合物，可以均为环氧树脂。

另外，针对本发明的高频宽带水声换能器，本发明还提出了一种其相应的制造方法；一种高频宽带水声换能器的制造方法，包括以下步骤：