[发明专利]一种实现水下宽带准直的水声换能装置

说明书

本发明涉及一种实现水下宽带准直的水声换能装置，包括实心结构的圆柱形基座，所述基座连接相应的发射换能器，所述圆柱形基座的上端面以其圆心向径向环形阵列设置若干环换能阵列；所述换能阵列和所述圆柱形基座由超材料制成，每一环所述换能阵列包括若干换能机构，同一环的换能机构的结构相同；所述换能机构为实心的圆锥结构，所述换能机构的底圆面的半径由所述圆柱形基座的上端面以其圆心向径向逐渐增大，所有的所述换能机构的高度相同；定义第i环所述换能阵列的所述换能机构的数量为N_i，N_i＝i*x，x为5‑7其中任意一个自然数。

技术领域

本发明涉及水声换能领域，具体指有一种实现水下宽带准直的水声换能装置。

背景技术

水声换能器在水下目标探测，水下通信等领域有着广泛应用，但实际应用的水声换能器却有着以下几方面的缺点：(1)传统水声换能器为了匹配压电材料与工作介质水之间的阻抗，通常采用四分之一波长匹配层，从而导致了窄带效应。并且由于单层匹配层材料的声阻抗的不连续性和单一性，往往并不能实现声波的全透射，仍然有一部分的声能量被反射而导致透射声波的声强衰减。(2)声波在水中的传播会因为衍射极限而导致波束角扩展，导致能量扩散。而在水下声学测试中，往往需要具有宽带性能，以及能够发射准直声束的水声探测设备。

针对上述的现有技术存在的问题设计一种实现水下宽带准直的水声换能装置是本发明研究的目的。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明在于提供一种实现水下宽带准直的水声换能装置，能够有效解决上述现有技术存在的问题。

本发明的技术方案是：

一种实现水下宽带准直的水声换能装置，包括实心结构的圆柱形基座，所述基座连接相应的发射换能器，

所述圆柱形基座的上端面以其圆心向径向环形阵列设置若干环换能阵列；

所述换能阵列和所述圆柱形基座由超材料制成，每一环所述换能阵列包括若干换能机构，同一环的换能机构的结构相同；

所述换能机构为实心的圆锥结构，所述换能机构的底圆面的半径由所述圆柱形基座的上端面以其圆心向径向逐渐增大，所有的所述换能机构的高度相同；

定义第i环所述换能阵列的所述换能机构的数量为N_i，N_i＝i*x，x为5-7其中任意一个自然数。

具体地，定义所述发射换能器的辐射声波在水里的波长为λ，所述换能阵列的晶格常数a＝0.1λ-0.11λ。

具体地，定义所述发射换能器的辐射面半径为R，定义所述换能阵列的环数为m，向上取整。

具体地，定义第i环所述换能阵列对应的半径为r_i，定义第i环换能阵列对应的换能机构的等效折射率为n_i，

所述圆柱形基座的半径大于所述发射换能器的辐射面半径8-12mm。

具体地，定义所述发射换能器的辐射声波在水里的波长为λ，所述圆柱形基座的高度为1/10λ-1/8λ。

具体地，定义所述发射换能器的辐射声波在水里的波长为λ，定义所述换能机构的高度为h，h＝0.5λ。

所述换能阵列和所述圆柱形基座由光敏树脂材料制成。

具体地，定义水中的声速为c，定义所述发射换能器的发射频率为f，定义所述换能阵列的环间距为y，y＝0.09λ-0.11λ。

因此，本发明提供以下的效果和/或优点：