[发明专利]一种可在线测温的水声换能器

说明书

本发明提供了一种可在线测温的水声换能器，主要包括换能器外壳、若干个布拉格光纤光栅温度传感器、测试光纤和水密插座，所述的布拉格光纤光栅温度传感器固定于换能器内部待测表面，布拉格光纤光栅温度传感器尾部引出测试光纤，测试光纤通过水密插座穿出换能器与波长解调设备相连接，构成测试光路。本发明的有益效果为：解决了水声换能器工作时内部温度未知的问题，可用于为验证、分析、优化换能器热性能提供技术支撑，也能避免换能器因温度过高而损坏的风险。本发明可在线测温的换能器具有适用性广、温度检测精度高的特点。

技术领域

本发明属于水声换能器技术领域，主要是一种可在线测温的水声换能器。

背景技术

水声换能器是声纳系统中产生或接收声波信号的重要设备，它的主要功能是实现电能和声能间相互转换。将电能转化为声能辐射到水中的称为发射换能器，而将接收声能转化为电能的称为接收换能器或水听器。在换能器进行能量转换的过程中，不可避免的存在部分能量转换为内能的结果。在实际应用中，通常只关心发射换能器内部的温度变化。这是因为水听器接受到的声能量一般为毫瓦级，其中的转化为内能的能量可以忽略不计。而发射换能器作为向外辐射声能量的部件，输入的电能量有相当一部分都转换为内能。同时，由于换能器驱动材料与驱动形式的不同，不同类型换能器的电声转换效率差距能够达到一个数量级，因此发射换能器内部由于内能积累导致的温度变化是不可忽视的。

当换能器内部温度升高到居里温度时，换能器的有源材料将会丧失压电特性或磁致伸缩特性，使得换能器无法工作。更严重的是，压电有源材料在换能器温度重新降低为室温时，其压电特性也不会恢复。因此压电材料的工作温度至少在居里点一半以下才是安全的。即使换能器温升处于安全范围内，有源材料的介电常数、耦合系数等参数均会随着温度上升会产生变化，最终将导致换能器电声性能不稳定。此外，无源材料如胶层、聚氨酯水密层等会因过热而产生物理性状的剧烈变化，从而影响换能器的稳定性和可靠性，甚至发生永久性损坏。

通过对换能器的温度在线监测，能够具有对不同电声转换效率的各种换能器热性能进行研究，有助于掌握不同类型不同材料换能器的设计方法。同时，在线测温对于掌握换能器的热极限、提升换能器设计可靠性具有重要意义。进一步，对于换能器的应用来说，对于换能器的使用者，特别是对于对水声换能器结构、性能不太熟悉的使用者，在线测温结果作为判断换能器工作状态的重要附加数据，有利于换能器的安全使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种可在线测温的水声换能器，该换能器可以应用于低频主动声源，是声纳系统使用的重要部件。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种可在线测温的水声换能器，主要包括换能器外壳、若干个布拉格光纤光栅温度传感器、测试光纤和水密插座，所述的布拉格光纤光栅温度传感器固定于换能器内部待测表面，布拉格光纤光栅温度传感器尾部引出测试光纤，测试光纤通过水密插座穿出换能器与波长解调设备相连接，构成测试光路。在换能器通电工作时，换能器在向外辐射声能量的同时，部分电能转换为内能导致换能器内部温度升高。布拉格光纤光栅温度传感器检测到温度变化后光信号发生改变，波长解调设备将接收到的光信号解调为温度信息，并将换能器的温度信息显示在计算机中。

本发明所述的换能器类型不限，实际应用中所用换能器类型主要取决于想要监测的换能器。由于布拉格光纤光栅温度传感器呈探针结构，体积小巧，可塞入换能器狭小的内部空间，对死角进行温度监测，并且不会影响换能器正常工作，因此换能器内部结构不用为了温度监测装置而做出过多的修改。将数支光纤光栅温度传感器布设于换能器内部，可对其内部多个测温点的温度分布进行精确测量。同时，为了在线监测换能器温度变化，布拉格光纤光栅温度传感器需要通过光纤同测试端持续进行数据交换，因此换能器水密结构和灌注模具则需要为温度测试光纤做出改进。