高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元及布陣方法技術

本發明專利技術提供了一種涉及水聲換能器技術領域的高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元及布陣方法，包括陣元，相鄰兩個陣元之間填充有隔聲去耦材料；陣元包括壓電陶瓷、環氧匹配層、環氧樹脂、銅網、銅箔以及銅線，相鄰兩個壓電陶瓷之間填充有環氧樹脂，壓電陶瓷一端連接銅網，壓電陶瓷另一端連接環氧匹配層，環氧匹配層上下兩面設有銅箔，銅箔之間通過銅線連接。本發明專利技術結構簡單、工序步驟少，提高接收陣元工作頻率段內靈敏度級，增加了高頻接收陣元的工作帶寬；解決了多通道接收陣元的信號引出線難題，簡化了焊線工藝；可以適應不同工作頻段內的多通道高頻接收換能器陣，對換能器陣型適應性強。應性強。應性強。

【技術實現步驟摘要】
高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元及布陣方法


[0001]本專利技術涉及水聲換能器
，具體地，涉及高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元及布陣方法。

技術介紹

[0002]隨著人類對海洋資源和環境的開發研究活動的不斷加強，高頻多波束聲納已成為國內外海洋科學研究、海底資源開發、海洋工程建設等海洋活動中最主要的海洋調查勘測儀器之一。多通道高頻接收換能器陣作為接收系統的水下濕端重要部分，對海底或者目標的回波進行窄波束接收，通過對接收到的信號進行處理，獲得海底或者目標的相關信息。接收陣元是水下聲壓信號轉化為電信號的關鍵部件，陣元的靈敏度指標決定著最小可探測信號的大小。
[0003]多通道高頻接收換能器陣一般要求波束指向性非常尖銳，以便實現精細目標的高分辨能力。高頻接收換能器陣一般都具有幾百乃至上千個通道，基元尺寸又非常小，其電容也較小，接收靈敏度受材料、厚度、電纜的影響因素多，接收靈敏度值偏低。通過在接收型的1
?
3壓電復合材料的基礎上，增加一個增敏的結構，對壓電復合材料施加一定的壓力，從而提高接收單元的接收靈敏度。
[0004]目前對于水聲高頻接收換能器陣曾敏匹配層技術研究，在相關的文獻中介紹較少，多數只是用來增加帶寬，拓展工作頻率范圍。本專利技術提出采用增敏匹配層的接收陣元結構及系統，既可以增加換能器靈敏度，還可拓展帶寬。目前沒有發現與本專利技術相同類技術存在，也沒有發現有同類方法在文件與文獻中存在。

技術實現思路

[0005]針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元及布陣方法。
[0006]根據本專利技術提供的一種高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元，包括陣元，相鄰兩個陣元之間填充有隔聲去耦材料；
[0007]陣元包括壓電陶瓷、環氧匹配層、環氧樹脂、銅網、銅箔以及銅線，相鄰兩個壓電陶瓷之間填充有環氧樹脂，壓電陶瓷一端連接銅網，壓電陶瓷另一端連接環氧匹配層，環氧匹配層上下兩面設有銅箔，銅箔之間通過銅線連接。
[0008]優選的，陣元的正負極導線通過頂部的銅箔和底部的銅網引出。
[0009]優選的，在陣元的長度方向，將壓電陶瓷切割成多個方柱，環氧樹脂填充入相鄰兩個方柱中。
[0010]優選的，相鄰兩個方柱之間的縫隙寬度≥壓電陶瓷的寬度。
[0011]優選的，銅網和銅箔的厚度均≤0.1mm。
[0012]優選的，銅線的直徑＜陣元工作頻率對應波長的1/15。
[0013]優選的，銅線位于方柱之間的縫隙上方。
[0014]優選的，壓電陶瓷呈長方條狀，壓電陶瓷高度方向極化。
[0015]優選的，隔聲去耦材料的高度與環氧匹配層齊平。
[0016]本專利技術還提供了一種高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元的布陣方法，包括以下步驟：
[0017]S1：根據工作頻率及指向性要求，陣元采用長方條狀的壓電陶瓷，且壓電陶瓷高度方向極化；
[0018]S2：在陣元的長度方向，通過切割機將壓電陶瓷分割成多個方柱，在相鄰兩個方柱的縫隙中填充環氧樹脂；
[0019]S3：將方柱的底部通過導電膠粘接銅網，使多個方柱連接在一起；
[0020]S4：方柱的上部粘接環氧匹配層，且將環氧匹配層上下兩個面敷銅箔，銅箔中間通過銅線連通；
[0021]S5：陣元的正負極導線通過焊接最上面的銅箔和最下面的銅網引出；
[0022]S6：陣元之間澆注隔聲去耦材料，形成多通道高靈敏度接收陣元。
[0023]與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：
[0024]本專利技術結構簡單、工序步驟少，提高接收陣元工作頻率段內靈敏度級，增加了高頻接收陣元的工作帶寬；解決了多通道接收陣元的信號引出線難題，簡化了焊線工藝；可以適應不同工作頻段內的多通道高頻接收換能器陣，對換能器陣型適應性強。
附圖說明
[0025]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：
[0026]圖1為本專利技術的陣元結構示意圖；
[0027]圖2為本專利技術多通道高靈敏度接收陣元示意圖；
[0028]圖3為本專利技術的陣元接收靈敏度曲線。
[0029]圖中標號：
[0030]壓電陶瓷1、環氧匹配層2、環氧樹脂3、銅網4、銅箔5、銅線6、隔聲去耦材料7。
具體實施方式
[0031]下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。
[0032]實施例1
[0033]根據本專利技術提供的一種高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元，如圖2所示，包括陣元，相鄰兩個陣元之間填充有隔聲去耦材料7；
[0034]如圖1所示，陣元包括壓電陶瓷1、環氧匹配層2、環氧樹脂3、銅網4、銅箔5以及銅線6，陣元的正負極導線通過頂部的銅箔5和底部的銅網4引出。壓電陶瓷1的形狀為長方條，高度方向極化；壓電陶瓷1的寬度尺寸小于高度尺寸，長度尺寸一般大于厚度尺寸的3倍。在陣元的長度方向，將壓電陶瓷1切割成多個方柱，環氧樹脂3填充入相鄰兩個方柱中，相鄰兩個
方柱之間的縫隙寬度≥壓電陶瓷1的寬度。相鄰兩個壓電陶瓷1之間填充有環氧樹脂3，方柱底部通過導電膠粘接銅網4，方柱頂部粘結連接環氧匹配層2，且隔聲去耦材料7的高度與環氧匹配層2齊平。環氧匹配層2上下兩面敷有銅箔5，銅箔5之間通過銅線6連接，銅網4和銅箔5的厚度均≤0.1mm，銅線6位于方柱之間的縫隙上方，銅線6的直徑＜陣元工作頻率對應波長的1/15。
[0035]根據高頻聲吶系統總體論證確定的工作頻率和方向性角度，經過有限元仿真計算，確定陣元的尺寸，計算陣元的接收靈敏度和方向性，然后優化選定長條形壓電陶瓷1的材料和尺寸，向廠家購買壓電陶瓷1。也可以通過切割的方式切割出所需要的尺寸的壓電陶瓷1。本專利技術實施列的陣元的諧振頻率為500kHz，陣元的垂直指向性角度為20
°
。將定好的PZT5型壓電陶瓷1粘接在基底上，進行橫向切割，本專利技術切割的刀片厚度為0.4mm，切割的中心距為0.8mm。切割完成后，在縫隙中澆注環氧樹脂3，然后進行除泡處理。清理多余的環氧樹脂3，將壓電陶瓷1表面處理干凈。
[0036]處理銅網4，將銅網4浸在鹽酸中清洗，將銅網4表面的氧化層徹底清除掉，放入干燥箱中待用。本專利技術實施例選用的銅網4的厚度為0.1mm，銅網4的目數小于200目。在處理好的壓電陶瓷1底部均勻涂覆一層導電銀漿，然后將銅網4粘接壓電陶瓷1底部。
[0037]制作專用的模具，在模具的底部和上部敷設一層銅箔5，在上下兩層的銅箔5上焊接上銅線6，用于聯通匹配層的上下面，然后再模具澆注環氧匹配層2。本實施例選用的銅箔5的厚度為0.07mm，銅線6的直徑為0.01mm。...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元，其特征在于，包括陣元，相鄰兩個陣元之間填充有所述隔聲去耦材料(7)；所述陣元包括壓電陶瓷(1)、環氧匹配層(2)、環氧樹脂(3)、銅網(4)、銅箔(5)以及銅線(6)，相鄰兩個所述壓電陶瓷(1)之間填充有所述環氧樹脂(3)，所述壓電陶瓷(1)一端連接所述銅網(4)，所述壓電陶瓷(1)另一端連接所述環氧匹配層(2)，所述環氧匹配層(2)上下兩面設有所述銅箔(5)，所述銅箔(5)之間通過所述銅線(6)連接。2.根據權利要求1所述的高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元，其特征在于，所述陣元的正負極導線通過頂部的所述銅箔(5)和底部的所述銅網(4)引出。3.根據權利要求1所述的高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元，其特征在于，在所述陣元的長度方向，將所述壓電陶瓷(1)切割成多個方柱，所述環氧樹脂(3)填充入相鄰兩個所述方柱中。4.根據權利要求3所述的高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元，其特征在于，相鄰兩個所述方柱之間的縫隙寬度≥所述壓電陶瓷(1)的寬度。5.根據權利要求1所述的高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元，其特征在于，所述銅網(4)和所述銅箔(5)的厚度均≤0.1mm。6.根據權利要求1所述的高頻聲納接收換能器的高靈敏度接收陣元，其特征在于，所述銅線(6)的直徑＜所述陣元工作頻率對應波長的1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙慧，王艷，張睿，卞加聰，史海榮，陳慶瑞，劉振君，
申請(專利權)人：上海船舶電子設備研究所中國船舶集團有限公司第七二六研究所，
類型：發明
國別省市：