[发明专利]一种低频弯张类声压水听器

说明书

本发明属于水声设备领域，公开了一种圆柱形弯张类声压水听器，包括由8片压电陶瓷圆环共轴叠加形成的压电晶堆，在压电晶堆的上方和下方还分别设置有上、下铝合金盖板，它们均通过过渡体与压电晶堆相连；在压电晶堆的侧面外部，还设置有铝合金外壳；铝合金外壳与上、下铝合金盖板连接用于包围形成包围空间，从而构成凹桶式的弯张换能器结构；此外，在铝合金外壳外部还设置有铝合金接收面；对于铝合金接收面在与中心轴线相垂直的平面上的投影，投影的外边缘呈圆形或正n边形。本发明通过对水听器内部各组件的结构及其设置方式、材料等进行改进，得到圆柱形或近圆柱形弯张类声压水听器，是种二维全指向性声压水听器，并且在低频段具有较高的接收灵敏度。

技术领域

本发明属于水声设备领域，更具体地，涉及一种低频弯张类声压水听器，能够适用于20Hz～4kHz频率范围，尤其是一种具有水平方向上无指向性的圆柱形高灵敏度声压水听器。

背景技术

声波是人们所掌握的在水中良好的信息和能量的载体。水声换能器作为一种水下能量转换器件，在水下探测和水声学相关研究中起到不可或缺的作用。其中，用来接收声波并将其转化为电信号的换能器称为水听器。目前对于声压水听器的要求，开始趋向于连续波、低频、高灵敏度、无指向性。将其制作成阵列，利用水声信号处理技术实现目标定位。

首先，声隐身技术的发展使得水下目标探测变得更加困难。新型安静型潜艇利用消声瓦，在其表面进行大面积铺设，当频率高于3kHz，目标强度下降约10dB。所以对于声压水听器，就需要它在低于3kHz的低频段，具有高灵敏度和无指向性。

其次，低频声波更有利于水下远距离传播。海水中球面波的声传播损失为：

TL＝20log r+αr

r为声波传播距离，单位：km

α为海水吸收系数，单位：dB/km

其中第一项20log r为球面波扩展损失，第二项αr为吸收损失，α随声波频率的降低而减小。

现有的声压水听器，往往是采用圆柱形、球形、复合棒形的结构，灵敏度虽然能够达到应用要求，但在接收灵敏度上仍有提升空间，因此在其结构上也存在改进的空间。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种弯张类声压水听器，其中通过对水听器内部各组件的结构及其设置方式、材料等进行改进，将弯张类结构应用于构建声压水听器、接收声波，得到圆柱形或近圆柱形弯张类声压水听器，是种二维全指向性声压水听器，能够适用于20Hz～4kHz频率范围。并且，利用ANSYS 18.0有限元仿真，分析该声压水听器的低频段接收灵敏度可知，该声压水听器在低频段具有较高的接收灵敏度。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种弯张类声压水听器，其特征在于，包括由8片压电陶瓷圆环共轴叠加形成的压电晶堆，以及位于这8片压电陶瓷圆环中心轴线处的预应力螺栓；其中，在所述压电晶堆的上方和下方还分别设置有上铝合金盖板和下铝合金盖板，所述上铝合金盖板和所述下铝合金盖板均通过过渡体与所述压电晶堆相连；在所述压电晶堆的侧面外部，还设置有铝合金外壳对应形成另一侧面；所述铝合金外壳与所述上铝合金盖板、所述下铝合金盖板连接用于包围形成包围空间，所述压电晶堆则位于该包围空间内，并且，对于某个经过所述中心轴线的平面与位于所述中心轴线一侧的所述铝合金外壳相交形成的截面形状，该截面形状呈弓形，该弓形在所述中心轴线上的投影长度大于该弓形在垂直于所述中心轴线方向上投影的长度，从而利用弓形的铝合金外壳构成凹桶式的弯张换能器结构；

此外，在所述铝合金外壳外部还设置有与所述铝合金外壳相对应的铝合金接收面；对于所述铝合金接收面在与所述中心轴线相垂直的平面上的投影，投影的外边缘呈圆形或正n边形，其中n为大于等于6的正整数。

作为本发明的进一步优选，所述8片压电陶瓷圆环的尺寸相同、且对齐放置；每片压电陶瓷圆环沿厚度方向极化，相邻两片压电陶瓷圆环的极化方向相反。