[发明专利]基于2-2型压电复合材料覆盖匹配层的换能器及其制备方法

说明书

本发明涉及基于2‑2型压电复合材料覆盖匹配层的换能器及其制备方法。所述2‑2型复合压电层包括压电相与环氧聚合物相，所述匹配层敷设在压电复合层辐射面上，所述声背衬层敷设在2‑2型复合材料非辐射面上，所述匹配层的厚度确定方式为：通过测试换能器水中电导曲线来研究覆盖匹配层对换能器带宽的影响，以此来确定最佳匹配层厚度。本发明通过在压电复合材料上添加匹配层，使其产生多模态耦合来拓宽高频换能器的带宽同时提高灵敏度。

技术领域

本发明涉及换能器技术领域，尤其是指基于2-2型压电复合材料覆盖匹配层的换能器及其制备方法。

背景技术

随着水声信号处理技术的迅速发展，要求从换能器获得足够多的信息，即一个换能器需要覆盖更宽的工作频率，因此换能器宽带技术的研究已成为一种大方向。制作中高频宽带换能器是众多声纳系统对换能器的要求之一，然而对高频发射换能器来说，较大程度拓宽带宽的同时提高灵敏度具有一定难度。换能器的带宽是宽带信号处理的基础，其中匹配层技术是拓宽厚度振动换能器频带最有效的方法。2-2型压电复合材料兼具压电陶瓷的压电活性和聚合物的柔韧性，具有较高的机电耦合系数、大的带宽和较低的声阻抗及干扰耦合小等优点。目前国内通过覆盖匹配层拓宽带宽的研究制作主要集中在中低频换能器，对高频换能器的研究尤其是复合材料上覆盖匹配层的研究较少。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中对高频换能器通过覆盖匹配层难以较大程度拓宽带宽的同时提高灵敏度的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于2-2型压电复合材料覆盖匹配层的换能器，包括2-2型复合材料、匹配层、背衬层，所述2-2型复合材料包括压电复合层，所述压电复合层包括压电相与环氧聚合物相，所述匹配层覆盖压于2-2型复合材料的辐射面上，所述背衬层覆盖2-2型复合材料的非辐射面上，所述匹配层的厚度确定方式为：通过测试换能器水中电导、曲线来确定最佳匹配层厚度。

在本发明的一个实施例中，还包括圆柱形金属外壳，所述2-2型复合材料、匹配层、背衬层均设于外壳内，所述外壳内灌注有防水透声层。

在本发明的一个实施例中，在2-2型复合材料辐射面上灌注的防水透声层厚度约为4mm。

在本发明的一个实施例中，所述匹配层的厚度为1/4波长±0.01mm，声阻抗为4.3Mrayl。

在本发明的一个实施例中，所述背衬的材料为玻璃微珠，厚度约为2.5mm。

本发明还提供一种基于2-2型压电复合材料覆盖匹配层的换能器的制备方法，包括

步骤S1：将压电相进行切割，对切割后的压电相表面浇注环氧聚合物相并打磨后镀上电极，在电极上焊接引线构成2-2型复合材料；

步骤S2：在2-2型复合材料辐射面上灌注匹配层，在2-2型复合材料非辐射面上粘贴一层背衬后得到振子；

步骤S3：将振子装入外壳中，在外壳中灌注防水透声层并接入电缆得到换能器，并通过测试水中电导、发送电压响应和灵敏度响应曲线来研究覆盖匹配层对换能器带宽的影响，以此来确定最佳匹配层厚度。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的基于2-2型压电复合材料覆盖匹配层的换能器及其制备方法，通过在压电复合材料上添加匹配层，使其产生多模态耦合来拓宽高频换能器的带宽同时提高灵敏度。首先仿真研究带匹配层的复合材料振子的振动特性，获得水中电导曲线包括谐振频率点和频带带宽随匹配层厚度和声阻抗的变化规律；依次设计压电复合材料振子，确定最佳压电相和聚合物相宽，制作换能器并进行水下测试，通过水中电导和发送电压响应曲线的测试，探索出换能器的带宽随匹配层厚度变化的规律，优化匹配层的厚度。通过测试，应用优化的匹配层制作的复合材料换能器其频带宽度可达到850kHz-1150kHz，频带内发送电压响应起伏小于3dB。

附图说明