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一种深水用球形水声换能器及其加工方法.pdf

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一种 深水 球形 水声换能器 及其 加工 方法
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摘要
申请专利号:

CN201611195018.7

申请日:

2016.12.22

公开号:

CN106683656A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G10K 9/122申请日:20161222|||公开
IPC分类号: G10K9/122; H04R1/44 主分类号: G10K9/122
申请人: 中船重工西安东仪科工集团有限公司
发明人: 王振中; 王魏; 李佳; 闫俊; 刘惠萍; 苏平; 陶鼎文; 杨倩; 王欣
地址: 710065 陕西省西安市东仪路3号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 西北工业大学专利中心 61204 代理人: 陈星
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611195018.7

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提出一种深水用球形水声换能器及其加工方法,换能器包括压电陶瓷球,水密层,橡胶囊腔和电缆,在压电陶瓷球内腔及橡胶囊腔中灌注甲基硅油。压电陶瓷球采用PZT??4材料,由两个独立的半球电极组成,在压电陶瓷球的中心轴上端开有导液孔。水密层由内而外依次包括第一橡胶层,钛合金网和第三橡胶层。橡胶囊腔由内而外依次包括第一橡胶层,第二橡胶层,钛合金网和第三橡胶层;第一橡胶层,第二橡胶层和第三橡胶层采用JA??2S/80F聚氨酯橡胶灌注,厚度为3mm。本发明采用了橡胶囊腔与压电陶瓷球内腔连接的结构,由于橡胶囊腔采用柔性材料,可将深水产生的大静水压力通过腔体中填充的甲基硅油?#33014;?#33267;压电陶瓷球内腔,从而实现球壳内外的压力?#33014;猓?#36866;于深水工作。

权利要求书

1.一种深水用球形水声换能器,其特征在于:包括压电陶瓷球1,水密层,橡胶囊腔和电
缆6,在压电陶瓷球内腔及橡胶囊腔中灌注甲基硅油。
2.根据权利要求1所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:所述压电陶瓷球1采
用PZT-4材料,由两个独立的半球电极组成,在压电陶瓷球的中心轴上端开有导液孔。
3.根据权利要求2所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:水密层由内而外依次
包括第一橡胶层2,钛合金网3和第三橡胶层4。
4.根据权利要求3所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:所述第一橡胶层2和
第三橡胶层4采用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注,厚度为3mm;所述的钛合金网3采用TA1钛合金
网。
5.根据权利要求4所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:所述橡胶囊腔由内而
外依次包括第一橡胶层2,第二橡胶层5,钛合金网3和第三橡胶层4;所述的第二橡胶层5采
用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注,厚度为3mm;橡胶囊腔的体积与压电陶瓷球1内腔体积相同。
6.根据权利要求1或6所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:电缆6采用聚氨酯
橡胶外皮的带屏蔽两芯电缆。
7.所述一种深水用球形水声换能器的加工方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:使用无硫橡皮擦拭压电陶瓷球两个半球的正负极,再用酒精、丙酮先后进行清
洗;然后在压电陶瓷球壳内底部?#38468;?#20018;联线;再使用?#36153;?#26641;脂胶对两个半球进行粘接,放入
模具中进行固化;固化完成后在压电陶瓷球外电极上?#38468;?#27491;负极引出线;
步骤2:用酒精、丙酮先后清理压电陶瓷球1表面,然后在压电陶瓷球1表面均匀涂抹一
层助粘剂,放入工?#23433;?#28748;注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡胶,在80℃温度下固化24小时,脱模
清理,形成第一橡胶层2;
步骤3?#21644;?#36807;第一橡胶层2上端开口处向橡胶囊腔及压电陶瓷球内腔灌注预热后的抽真
空甲基硅油,填充量以灌满腔体为标准,然后立刻用JA-2S/80F聚氨酯橡胶对橡胶囊腔进行
密封硫化,厚度3mm,在80℃温度下固化8小时,脱模清理,形成第二橡胶层5;
步骤4:将钛合金网3进?#20449;?#30722;处理,后用酒精、丙酮进行清洗;将钛合金网3紧贴第一橡
胶层2及第二橡胶层5外表面进行包覆;
步骤5:在钛合金网3表面均匀涂抹一层助粘剂,放入工装灌注3mm厚的JA-2S/80F聚氨
酯橡胶,在80℃温度下固化24小时,脱模清理,形成第三橡胶层4。

说明书

一种深水用球形水声换能器及其加工方法

技术领域

本发明涉及水声换能技术领域,具体涉及一种深水用球形水声换能器及其加工方
法。

背景技术

随着现代通信技术的发展,人类对于深海的探索程度不断加深。作为推动深海科
学?#33455;?#36827;步的深海水声技术得到了大力发展,而深水换能器技术是十?#31181;?#35201;的技术支撑,
无论是军事领域还是民用商业领域,都对深水换能器的制造和使用提出了更高?#22218;?#27714;。

深水换能器在使用时需要直接暴露在恶劣的环境中,地球上海洋的平均深度达到
3700多米,如果换能器工作在海洋的平均深度的话,换能器表面需要承受370个大气压的压
力,这足以使大部分换能器损坏或者失效。因此,如何保证水声换能器在高静水压力下正常
工作是设计和研制深水换能器的关键技术。

常见深水换能器的设计方案主要有三种,一种是通过压力释放的方式。利用换能
器耐压外?#33108;?#32773;去耦材料释放压力来保护陶瓷元件,但由于耐压外壳及去耦材料自身承压
限制,此方式在换能器工作深度方面存在限制,不适用于1000米以下水域范围;其二,是通
过压力补偿的方式。利用在工作面一侧引入补偿压力以实现压力?#33014;猓?#20294;此方法主要运用
在动圈式换能器上;另一种是通过压力?#33014;?#30340;方式。通过结构设计使陶瓷处于受力?#33014;?#29366;
态,通过溢流或充油的方式实现更大深度的承压,该方式的换能器工作深度可达全海深。

目前,国内现有的换能器设计水平无法全面满足深水环境使用要求,在用的水声
换能器多采用压力释放的方式,通过耐压外壳?#35789;?#29616;深水工作承压。但是,耐压外壳结构设
计复杂,加工周期长,装配精度高,成本居高不下,且工作深度受到自身承压限制。

发明内容

为解决现有技术存在的问题,本发明提出一种深水用球形水声换能器及其加工方
法,该水声换能器透声性能及耐压性能优越,适合于深水工作,并且体积小,结构简单,成本
低,利于工程实现。

本发明的技术方案为:

所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:包括压电陶瓷球1,水密层,橡胶囊
腔和电缆6,在压电陶瓷球内腔及橡胶囊腔中灌注甲基硅油。

进一步的优选方案,所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:所述压电陶瓷
球1采用PZT-4材料,由两个独立的半球电极组成,在压电陶瓷球的中心轴上端开有导液孔。

进一步的优选方案,所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:水密层由内而
外依次包括第一橡胶层2,钛合金网3和第三橡胶层4。

进一步的优选方案,所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:所述第一橡胶
层2和第三橡胶层4采用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注,厚度为3mm;所述的钛合金网3采用TA1
钛合金网。

进一步的优选方案,所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:所述橡胶囊腔
由内而外依次包括第一橡胶层2,第二橡胶层5,钛合金网3和第三橡胶层4;所述的第二橡胶
层5采用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注,厚度为3mm;橡胶囊腔的体积与压电陶瓷球1内腔体积
相同。

进一步的优选方案,所述一种深水用球形水声换能器,其特征在于:电缆6采用聚
氨酯橡胶外皮的带屏蔽两芯电缆。

所述一种深水用球形水声换能器的加工方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1:使用无硫橡皮擦拭压电陶瓷球两个半球的正负极,再用酒精、丙酮先后进
行清洗;然后在压电陶瓷球壳内底部?#38468;?#20018;联线;再使用?#36153;?#26641;脂胶对两个半球进行粘接,
放入模具中进行固化;固化完成后在压电陶瓷球外电极上?#38468;?#27491;负极引出线;

步骤2:用酒精、丙酮先后清理压电陶瓷球1表面,然后在压电陶瓷球1表面均匀涂
抹一层助粘剂,放入工?#23433;?#28748;注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡胶,在80℃温度下固化24小时,
脱模清理,形成第一橡胶层2;

步骤3?#21644;?#36807;第一橡胶层2上端开口处向橡胶囊腔及压电陶瓷球内腔灌注预热后的
抽真空甲基硅油,填充量以灌满腔体为标准,然后立刻用JA-2S/80F聚氨酯橡胶对橡胶囊腔
进行密封硫化,厚度3mm,在80℃温度下固化8小时,脱模清理,形成第二橡胶层5;

步骤4:将钛合金网3进?#20449;?#30722;处理,后用酒精、丙酮进行清洗;将钛合金网3紧贴第
一橡胶层2及第二橡胶层5外表面进行包覆;

步骤5:在钛合金网3表面均匀涂抹一层助粘剂,放入工装灌注3mm厚的JA-2S/80F
聚氨酯橡胶,在80℃温度下固化24小时,脱模清理,形成第三橡胶层4。

本发明为了克服深水静水压力的问题,采用了橡胶囊腔与压电陶瓷球内腔连接的
结构,由于橡胶囊腔采用柔性材料,可将深水产生的大静水压力通过腔体中填充的甲基硅
油?#33014;?#33267;压电陶瓷球内腔,从而实现球壳内外的压力?#33014;猓?#36866;于深水工作。

本发明采用在压电陶瓷球内腔及橡胶囊腔中填充甲基硅油的方式,增大了压电陶
瓷球壳内外的辐射阻,实现带宽拓展。

有益效果

本发明的优点在于,本发明设计的球形水声换能器是一种能够工作在大静水压力
环境中的声信号接收器;相对于其它深水工作的水声换能器来说,本发明的球形水声换能
器具有设?#24179;?#26500;简单的特点,通过橡胶囊腔有效?#33014;?#25442;能器内外压;本发明水密层采用多
层密封,具有很好的水密性能;本发明的球形水声换能器两个独立的半球电极采用串联的
电联接方式,实现高灵敏度及带宽拓展。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变
得明显,或通过本发明的?#23548;私?#21040;。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得
明显和容易理解,其中:

图1为本发明深水用球形水声换能器的结构示意图;

附图标识

1-压电陶瓷球;2-第一橡胶层;3-钛合金网;4-第三橡胶层;5-第二橡胶层;6-电
缆。

具体实施方式

下面详?#35813;?#36848;本发明的实施例,所述实施例的示例是示例性的,旨在用于解释本
发明,而不能理解为对本发明的限制。

图1为本发明的结构示意图,本实施例中水声换能器包括压电陶瓷球1、第一橡胶
层2、钛合金网3、第三橡胶层4、第二橡胶层5、电缆6。

压电陶瓷球选用PZT-4材料,尺寸为Φ34mm,壁厚3mm,由两个独立的半球电极A、B
通过?#36153;?#26641;脂胶粘接固化而成;两个陶瓷半球的内外电极极性相反,在压电陶瓷球壳内串
联;压电陶瓷球沿竖直的中心轴上端开有一个导液孔,用于灌注甲基硅油,孔径为Φ3mm。

第一橡胶层2、第二橡胶层5、第三橡胶层4均采用JA-2S/80F聚氨酯橡胶灌注,厚度
均为3mm。

橡胶囊腔由聚氨酯橡胶硫化成型,尺寸为Φ26mm,高12mm,与压电陶瓷球内腔通过
导液孔相连,第一橡胶层2硫化成型后,向橡胶囊腔及压电陶瓷球内腔灌注甲基硅油,后通
过第二橡胶层5对橡胶囊腔进行封口密封。

下面提供一种本发明的深水用球形水声换能器具体实施方法。

(1)首先使用无硫橡皮擦拭压电陶瓷球两个半球的正负极,再用酒精、丙酮先后进
行清洗;然后在压电陶瓷球壳内底部?#38468;?#20018;联线;再使用?#36153;?#26641;脂胶对两个半球进行粘接,
放入模具中进行固化;固化完成后在压电陶瓷球外电极上?#38468;?#27491;负极引出线。

(2)用酒精、丙酮先后清理压电陶瓷球1表面,然后在压电陶瓷球1表面均匀涂抹一
层助粘剂,放入工?#23433;?#28748;注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡胶,在80℃温度下固化24小时,脱模
清理,形成第一橡胶层2。

(3)通过第一橡胶层2上端开口处向橡胶囊腔及压电陶瓷球内腔灌注预热后的抽
真空甲基硅油,填充量以灌满腔体为宜,然后立刻用JA-2S/80F聚氨酯橡胶对橡胶囊腔进行
密封硫化,厚度3mm,在80℃温度下固化8小时,脱模清理,形成第二橡胶层5。

(4)将钛合金网3进?#20449;?#30722;处理,后用酒精、丙酮进行清洗;将钛合金网3紧贴第一
橡胶层2及第二橡胶层5外表面进行包覆。

(5)在钛合金网3表面均匀涂抹一层助粘剂,放入工装灌注3mm厚的JA-2S/80F聚氨
酯橡胶,在80℃温度下固化24小时,脱模清理,形成第三橡胶层4。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例
性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨
的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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