一種深水耐壓水聲換能器及其制造方法技術

一種深水耐壓水聲換能器及其制造方法，該深水耐壓水聲換能器包括：外殼、壓電陶瓷片、背襯層、深水耐壓密封接觸裝置及密封灌注材料，其中壓電陶瓷片的一面與背襯層粘接在一起，整體再與外殼粘接；外殼設有一開口以及數道密封凹槽，所述開口中放置深水耐壓密封接觸裝置，所述密封凹槽內灌注多道密封灌注材料；所述深水耐壓密封接觸裝置設有一電極輸出插座、插在該插座上的電極輸出插針和密封圈，所述密封圈套在所述電極輸出插座上；所述密封灌注材料灌注到以上各部件構成的粘接后的整體上形成的空腔內。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及深海海洋探測和水聲通訊技術，具體地說，涉及一種能夠在深水或者高靜水壓力下使用的水聲換能器及其制造方法。
技術介紹
海洋蘊藏著富饒的資源，特別是在深海領域。聲波作為在深海中傳遞信息的有效載體，如何保證水聲換能器在深水環境下穩定發射或接收聲波成為了水聲通信、探測和導航系統必須解決的問題之一。水聲換能器作為水聲通信、探測和導航系統的關鍵組成器件，其工作深度以及耐靜水壓的能力直接制約著深海資源的探測開發。因此若想探測到更深海域的資源、礦藏等，所使用的水聲換能器必須具有很好的耐靜水壓的能力以保證深水環境下正常發射或接收聲波。水聲換能器的耐靜水壓的能力一般需要采用特殊的耐壓結構或者合適的內外壓力平衡設計，如采用釋壓機制、壓力補償機制、充油結構、溢流結構等。目前，在深水水聲換能器的設計中常采用充油式和溢流式結構。充油式結構，即在換能器內部沖入硅油或蓖麻油等不可壓縮的流體，使其在深水工作時起到很好地平衡換能器內外的靜水壓力的作用。溢流式結構，即把換能器設計成開放式的，使其內外靜水壓力達到平衡，理論上不受工作深度的限制。這兩種方式對換能器的結構都有一定要求，而對要求之外的換能器需用其他方式來解決，例如有些結構可以采用封閉式灌注的方式來解決。采用封閉式灌注的方式，要求換能器的組件具有很好的耐壓強度，要求電極插座具備絕緣優良、耐壓強度優越、水密效果良好等特點，要求電纜插頭處以及殼體邊緣處做特殊的水密處理。如何解決換能器整體的耐壓和水密方面的性能要求，直接決定了其在深水中工作的深度。因此，希望有一種能夠在深水中工作的深水耐壓水聲換能器，具備耐靜水壓力的能力強且水密效果好的特點，以便在大深度環境下能夠正常工作。
技術實現思路
為了解決目前水聲換能器在大深度的深水中工作時耐壓能力及水密性能差的問題，本專利技術提出一種改進的深水耐壓水聲換能器及其制造方法。根據本專利技術的一個方面的深水耐壓水聲換能器，包括：外殼、壓電陶瓷片、背襯層、深水耐壓密封接觸裝置及密封灌注材料，其中壓電陶瓷片的一面與背襯層粘接在一起，整體再與外殼粘接；外殼設有一開口以及數道密封凹槽，所述開口中放置深水耐壓密封接觸裝置，所述密封凹槽內灌注多道密封灌注材料；所述深水耐壓密封接觸裝置設有一電極輸出插座、插在該插座上的電極輸出插針和密封圈，所述密封圈套在所述電極輸出插座上；所述密封灌注材料灌注到以上各部件構成的粘接后的整體上形成的空腔內。根據一個實施例，壓電陶瓷片的另一面粘接有匹配層，以便擴大深水耐壓換能器的頻率范圍。根據一個實施例，壓電陶瓷片與背襯層和匹配層粘接后的整體的兩端及底部粘接屏蔽網罩后再粘接到外殼上。根據一個實施例，所述壓電陶瓷片采用收發共用的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，如PZT-4，圓片形式，厚度方向極化，上下分別為正負電極。根據另一個實施例，所述背襯層預留出引線位置。根據再一個實施例，所述壓電陶瓷片與背襯層用高強度環氧膠粘接。根據一個實施例，密封圈為O型密封圈。根據再一個實施例，所述密封圈采用橡膠材料，其形狀依電極輸出插座中的密封凹槽的形狀而定。根據另一個實施例，所述電極輸出插座采用剛度大、強度高、絕緣性好的材料，例如聚砜等。根據又一個實施例，所述電極輸出插針采用十字形狀，起到很好的定位效果；用高強度環氧膠填充插座與電極輸出插針之間的縫隙，既起到信號傳遞作用還具有很好的水密效果。根據一個實施例，所述密封凹槽表面以及腔體表面做粗糙化處理，增強粘接效果。在上述技術方案中，進一步地，所述形成的腔體用聚氨酯橡膠灌注。根據本專利技術的另一方面，還提供了改進的深水耐壓水聲換能器的制造方法，包 括如下步驟：1)將壓電陶瓷片的一面與背襯層粘接，另一面粘上匹配層和屏蔽網，并引出電極線以及屏蔽線；2)將電極輸出插座與插針裝配好，用絕緣膠密封粘接，粘接后得到的整體被套上密封圈，以形成深水耐壓密封接觸裝置；3)將上述深水耐壓密封接觸裝置上的插針兩頭分別與外接電纜信號線和壓電陶瓷片上引出的電極線和屏蔽線相連接；4)將背襯層與壓電陶瓷片粘接后形成的整體與殼體粘接，并與深水耐壓密封接觸裝置用密封膠密封粘牢，不留空腔； 5)將整個換能器出現的腔體用聚氨酯橡膠灌封，包括前部空腔和電纜頭處空腔。根據本專利技術的一個實施例，上述步驟4)進一步包括以下步驟：(4-1)將環氧樹脂原膠和固化劑按1：3的比例配比高強度環氧膠，并抽真空；(4-2)將抽真空后的高強度環氧膠均勻涂抹在背襯材料、殼體以及深水耐壓密封接觸裝置上；(4-3)在壓電陶瓷片面上施加壓力壓緊，并把整體放進烘箱烘烤，70℃～80℃條件下烘烤數小時后，自然冷卻至室溫，取出。根據本專利技術的一個實施例，上述步驟5)進一步包括以下步驟：(5-1)把聚氨酯原膠與固化劑1:0.1的比例配好，混合攪拌，并加熱；(5-2)加熱混合的聚氨酯原膠的同時，把要灌注的整體加熱至90℃～100℃；(5-3)把加熱后的混合的聚氨酯進行抽真空處理；(5-4)把抽真空處理后的聚氨酯沿一個方向灌注于換能器的前部空腔或電纜頭處空腔，前部空腔與電纜頭處空腔分兩次灌注；(5-5)灌注完畢之后，在烘箱內在90℃～100℃條件下烘烤換能器數小時之后，自然冷卻至室溫，取出。與現有技術相比，本專利技術的深水耐壓水聲換能器的優點在于：1)本專利技術的深水耐壓水聲換能器具有耐高靜水壓工作的特點，具備在6000米水下工作的能力。2)可以通過調節壓電陶瓷片、背襯層、匹配層、外殼等結構參數，使壓電陶瓷片、背襯層以及匹配層縱向振動進行耦合，達到寬帶發射或接收的效果。3)本專利技術的深水耐壓接觸裝置具有體積小巧、結構簡單的特點，同時具備密封性好和高耐壓能力。附圖說明圖1是根據本專利技術的一個實施例的深水耐壓水聲換能器的結構示意圖。圖2是根據本專利技術的另一實施例的深水耐壓水聲換能器的結構示意圖。附圖標記：1.電纜 2.電極輸出插座 3.密封圈 4.外殼 5.背襯層6.壓電陶瓷片 7.匹配層 8.密封灌注材料 9、13、14、17.導線10.電極輸出插針11、16密封凹槽 12.導線屏蔽網 15.屏蔽網罩具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的深水耐壓水聲換能器做進一步說明。圖1是根據本專利技術的一個實施例的深水耐壓水聲換能器的結構示意圖。如圖所示，本專利技術的深水耐壓水聲換能器包括電纜1、電極輸出插座2、密封圈3、外殼4、背襯層5、壓電陶瓷片6、密封灌注層8、導線9、13、14、17、電極輸出插針10，其中電極輸出插座2、電極輸出插針10和密封圈3構成深水耐壓密封接觸裝置。具體來說，壓電陶瓷片6的一面與背襯層5粘接，分別從壓電陶瓷片6的上下表面引出導線13、14與電極輸出插針10的一端相連；壓電陶瓷片6、背襯層5粘接形成的整體粘接到外殼4上，并且導線17與電極輸出插針10相連；電極輸出插針10裝配到電極輸出插座2后，用絕緣膠密封粘接，套上密封圈3從而裝配成深水耐壓密封接觸裝置；深水耐壓密封接觸裝置上的電極輸出插針10的兩頭分別與導線9(包覆在電纜1內)和導線13、14、17相連接，其中有一插針10的一端與導線屏蔽網12用導線連接；背襯層5與外殼4粘接，且背襯層5與深水耐壓密封接觸裝置用密封膠密封粘牢，不留空腔；整個換能器出現的腔體由密封灌注層8密封，包括前部空腔和電纜頭處空腔。圖2所示為根據本專利技術的又一實施例的深本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種深水耐壓水聲換能器，其特征在于包括：外殼、壓電陶瓷片、背襯層、深水耐壓密封接觸裝置及密封灌注材料，其中壓電陶瓷片的一面與背襯層粘接在一起，整體再與外殼粘接；外殼設有一開口以及數道密封凹槽，所述開口中放置深水耐壓密封接觸裝置，所述密封凹槽內灌注多道密封灌注材料；所述深水耐壓密封接觸裝置設有一電極輸出插座、插在該插座上的電極輸出插針和密封圈，所述密封圈套在所述電極輸出插座上；所述密封灌注材料灌注到以上各部件構成的粘接后的整體上形成的空腔內。

【技術特征摘要】
1.一種深水耐壓水聲換能器，其特征在于包括：外殼、壓電陶瓷片、背襯層、深水耐壓密封接觸裝置及密封灌注材料，其中壓電陶瓷片的一面與背襯層粘接在一起，整體再與外殼粘接；外殼設有一開口以及數道密封凹槽，所述開口中放置深水耐壓密封接觸裝置，所述密封凹槽內灌注多道密封灌注材料；所述深水耐壓密封接觸裝置設有一電極輸出插座、插在該插座上的電極輸出插針和密封圈，所述密封圈套在所述電極輸出插座上；所述密封灌注材料灌注到以上各部件構成的粘接后的整體上形成的空腔內。2.根據權利要求1的深水耐壓水聲換能器，其特征在于：壓電陶瓷片的另一面粘接有匹配層。3.根據權利要求2的深水耐壓水聲換能器，其特征在于：壓電陶瓷片與背襯層和匹配層粘接后的整體的兩端及底部粘接屏蔽網罩后再粘接到外殼上。4.根據權利要求1-3任一項的深水耐壓水聲換能器，其特征在于：壓電陶瓷片采用收發共用的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，如PZT-4，圓片形式，厚度方向極化，上下分別為正負電極。5.根據權利要求1-3任一項的深水耐壓水聲換能器，其特征在于：背襯層預留出引線位置。6.根據權利要求1-3任一項的深水耐壓水聲換能器，其特征在于：壓電陶瓷片與背襯層用高強度環氧膠粘接。7.根據權利要求1-3任一項的深水耐壓水聲換能器，其特征在于：密封圈為O型密封圈。8.根據權利要求1-3任一項的深水耐壓水聲換能器，其特征在于：密封圈采用橡膠材料，其形狀依電極輸出插座中的密封凹槽的形狀而定。9.根據權利要求1-3任一項的深水耐壓水聲換能器，其特征在于：電極輸出插座采用剛度大、強度高、絕緣性好的材料。10.根據權利要求1-3任一項的深水耐壓水聲換能器，其特征在于：電極輸出插針采用十字形狀且用高強度環氧膠填充插座與電極輸出插針之間的縫隙。11.根據權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：涂其捷，王君琳，吳建波，鄧鍇，孫興濤，
申請(專利權)人：中國科學院聲學研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11