[实用新型]一种柔软的高灵敏度水听器

说明书

一种柔软的高灵敏度水听器，可用于声呐技术、水声测量、海洋开发和地质勘探领域的水听器，属传感器技术领域。

现有水听器多数用压电陶瓷，少数用压电单晶体作换能材料，压电陶瓷和单晶都是脆性材料，易损坏。即使用柔软的新型压电材料作换能材料，通常也是将其贴于有一定刚度的有机材料或金属的背衬上。如图1所示，是将压电高聚物PVDF薄膜5，贴于圆柱形的有机材料管6内壁制成的水听器。刚度强、脆性、易损坏，且灵敏度较低，加之，要将PVDF膜贴于圆管内壁，制作困难，很难保证水听器性能一致性。

本实用新型发明目的有两个方面：

一、充分利用新型压电材料具有柔软、耐力学冲击、声阻抗接近水和生物组织、压电常数大的优点，相应选择软背衬和柔软密封保护层，构成柔软型耐冲击、灵敏度高的水听器。

二、采用卷绕成型的复合膜作换能材料，不但解决了水听器加工设备复杂、工艺制作难度大的问题，还可在一定范围内调节水听器的灵敏度和电容量等参数，满足研制多种要求的水听器需要。

本实用新型发明的水听器结构如图2所示，由复合膜8，柱状背衬6，密封保护层2，电缆1和电极引线4组成。本新型采用柔软的有机材料加工成柱状或管状，作为水听器柔软的背衬。选取柔软的新型压电材料（压电高聚物或压电复合材料）膜作换能材料，选取柔软的有机材料作为水听器的密封保护层。这种水听器从里到外均是由各种柔软材料构成，其特点是柔软耐力学冲击，不易损坏，在声场、声压作用下，柔软背衬容易产生较大形变，因而有很高的灵敏度，可以比普通水听器的灵敏度高十几分贝。图1中的水听器是将单层PVDF薄膜在圆管背衬内贴一圈，这种方法电容量、灵敏度等参数不易调节，难于满足对水听器的不同要求。本发明采用复合膜的卷绕结构，克服了上述缺点，取得良好效果。卷绕结构的复合膜结构特征是将单层膜进行串联或并联，甚至多层膜的串联或并联方式，制成复合膜。如图3（a）所示，当有单层膜串联时，为防止卷绕时电极之间短路，需将一绝缘膜贴于一侧，或如图3（b）所示，当用双层膜并联复合时，两膜间同一极性的电极面相接触，构成并联式复合膜。然后如图4所示，将制作好的复合膜8，卷绕在背衬6上制作成压电振子。最后接上电缆，复盖密封保护层，即制作成水听器。关于PVDF薄膜串联和并联的层数及复合膜卷绕的圈数，主要由水听器电容量和灵敏度大小的选取而确定。如将压电膜卷绕在压电陶瓷管上，组成复合换能器，则可制成小体积高性能的收发合置换能器，甚至可将压电膜直接卷绕在电缆上制成适用的水听器。总之，使用卷绕结构的复合膜，可以克服一般压电高聚物和压电复合材料水听器电容量小的缺点，并能使水听器的电容量、灵敏度等参数，在较大范围内加以调节，以满足多种用途的水听器需要。

下面列举二个水听器实施例：

1、背衬为外直径18.0mm，内直径6.0mm，高32.0mm的天然橡胶圆管，压电膜为双层厚0.050mm的PVDF薄膜，密封保护层为厚0.63mm的乳胶膜。测得的低频灵敏度为－191dB，电容量为4500PF。

2、背衬为外直径25.0mm，内直径7.0mm，高42.5mm的有机硅圆管，压电膜为单层厚0.40mm的压电橡胶膜，密封保护层为厚0.42mm的有机硅膜。测得的低频灵敏度为－202dB，电容量为5380PF。

说明书附图说明：

图1  水听器剖面图

1  电缆

2  密封保护层

3  端帽

4  电极引线

5  压电膜

6  有机材料管

图2  柔软型高灵敏度水听器剖面图

1  电缆

2  密封保护层

4  电极引线

6  软背衬

8  复合膜

图3  复合膜结构图

4  电极引线

7  绝缘层

8  复合膜

图4  卷绕结构的复合膜

6  背衬

8  复合膜