[其他]無障板單向低頻寬帶耐高壓換能器

無效

• 申請號: 85103008
• 申請日: 1985-04-18
• 公開（公告）號: CN85103008B
• 公開（公告）日: 1988-04-06
• 發明（設計）人: 陳毅鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;H04R17/00;B06B1/00
• 代理公司: 中國科學院聲學研究所專利辦公室
• 代理人: 李泰敏

本發明屬于一種水聲用單向指向性換能器。

在為定向、測距這樣一些實用檢測目的而設計的換能器中，指向性是一個重要的問題，單向指向性特別地受到重視。單向指向性換能器在作發射器使用時，可以把能量集中到所需要的方向，提高輻射功率的有效使用率;在作接收器時能抑制干擾，改善信噪比，提高系統的增益。

為了獲得單向波束，美國Bell實驗室的G.M.Sessler和L.E.West提出給換能器附加聲學相移結構（見J·A·S·A·Val53，NO6（1973），日本人KOJINaGA-SAWA等人在電路上進行延時處理（見IEEETransactionsonAntennasandPropagation，1976.7）。在國內外也有用反聲、吸聲及阻性襯墊聲學材料或用（軟的或硬的）反聲障板以獲得單向性波束。但是，為使換能器具有單向性而采取的這些措施都存在一定的缺陷。一般說來，障板的尺寸大于傳播介質中工作頻率下的波長時，系統才具有指向性。因此，在低頻使用的時候就要將障板做得既大且笨重。在換能器的使用中，為減小附加在換能器上的障板所帶來的相移影響，障板表面的不平整度要求限制在0.5mm之內。這給機械加工及裝配帶來困難。現代核潛艇能夠在500米水深以下長時間地潛航，而在這么高的靜水壓力下，目前所采用的軟障板及聲學材料都要失敗。硬障板有重量太重的問題，影響使用。至于用電延時和聲學移相處理的辦法使工藝復雜化并且提高了成本。特別應當指出：用上述辦法獲得的單向性與寬頻帶不能同時滿足。它們都是窄帶工作，窄帶在工程應用中用途有限。

本發明的目的〈＆＆〉合成有指向性的陣元，再用這種陣元布陣使換能器獲得單向性指向性。這樣就克服了前述辦法中存在的缺陷。

本發明換能器的陣元由三個靈敏單元組成，具有Pascal蝸線指向性。由于在不同的頻率下工作時Pascal蝸線可以變為蚌狀線、心臟線、蚶形線，可以達到在較寬的工作頻帶上具有單向性的結果。這樣，本發明不用通常所用的加軟或硬的障板，也不加反聲、吸聲和阻性聲學材料，不用電延時網絡和聲學移相結構，而是靠自身的結構，通過選用無指向性單元的幅度、相位及諸元間距控制指向性，獲得切合需要的低頻寬帶耐高壓單向性換能器。

本發明具有結構緊湊、輕便、易于加工和裝配、造價低的特點。其重量僅為傳統結構換能器的１/６，能夠在80大氣壓的靜水壓力下工作。

附圖說明：

圖1為本發明換能器的陣元剖面結構圖。

圖2為本發明的換能器陣元的電聯接圖。

圖3為本發明換能器的結構圖。

圖4為本發明換能器的電聯接圖。

圖5、6為本發明的陣元的垂直指向性圖。

圖7為本發明的陣元的水平指向性圖。

圖8到圖14為本發明的〈＆＆〉的垂直指向性圖。

本發明提出的無〈＆＆〉，（5）、（6）為玻璃鋼定位塊，（7）為定位片，（8）為屏蔽網，（9）為屏蔽網托架，（10）為JA-25^＃聚氨脂橡膠，（11）為屏蔽輸出電纜。（12）、（13）和（14）為陣元TR₁的靈敏單元，（12）和（14）等幅，（13）為（12）和（14）之和，其電氣聯接為（14）與（12）、（13）反相。其電聯接如圖2示，即（13）作輻射器，（12）作引向器，（14）作反射器。在裝配時將諸件交接部分涂一層環氧樹脂膠在（1）上同心迭裝，用（2）壓緊，膠固化后便成一體。由（12）、（13）、（14）這三個單元組合的系統在極坐標中指向性的表達式為：

R（θ）＝1/A+2B〔A+2Bsin（2πd/2cosθ）〕

式中d為（13）與（12）或（13）與（14）的間距，A為（13）的幅值，B為（12）、（14）的幅值，λ為工作頻率的波長，θ為參考（12）、（13）、（14）軸線的入射角。由于結構對稱，指向性只隨θ、A、B及d/λ而變化。在d很小時，R（θ）表示的是Pascal曲線族，因（12）、（13）、（14）幅值、相位、間距及工作頻率不同，Pascal曲線可以變為園、蚌狀線、心臟線、蚶形線及8字形的雙向指向性。選用適當的參數便可以做出在較寬頻帶使用的單向性陣元。