一种八波束宽带相控阵换能器及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112495744A(43)申请公布日2021.03.16(21)申请号202011297952.6(22)申请日2020.11.18(71)申请人中国科学院声学研究所东海研究站地址201815上海市嘉定区新徕路399号(72)发明人周博文许伟杰童晖张彬张旭陆家威(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人胡晶(51)Int.Cl.B06B1/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种八波束宽带相控阵换能器及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种八波束宽带相控阵换能器及其制备方法，包括：依次叠层设置的金属底座、背衬泡沫、复合材料压电片、匹配层；复合材料压电片包括多个压电阵子、以及填充于阵子之间的去耦材料，其中，压电阵子以稀疏相控阵方式进行布阵，压电阵子正负极分别设有电极片，用于施加不同相位的电信号，以在两个互相垂直的方向上各形成四个波束；匹配层包括多个匹配阵子、以及填充于阵子之间的去耦材料，其中，匹配阵子间隙与压电阵子间隙对齐且间距一致。本发明可实现在两个垂直方向上各有四个波束的八波束DVL，并且实现了宽带，不仅更有利于进行多普勒频移的计算，而且提高了接收的回波信号的信号强度，提高测量精度，减少测量盲区。CN112495744ACN112495744A权利要求书1/2页1.一种八波束宽带相控阵换能器，其特征在于，包括：依次叠层设置的金属底座、背衬泡沫、复合材料压电片、匹配层；所述复合材料压电片包括多个独立的压电阵子、以及填充于各个所述压电阵子之间间隙的第一去耦材料，其中，所述压电阵子以稀疏相控阵方式进行布阵，所述压电阵子正负极分别设有电极片，用于施加不同相位的电信号，以在两个互相垂直的方向上各形成四个波束；所述匹配层包括多个独立的匹配阵子、以及填充于各个所述匹配阵子之间间隙的第二去耦材料，其中，所述匹配阵子与所述压电阵子形状、尺寸一致，并且所述匹配阵子之间间隙与所述压电阵子之间间隙对齐且间距一致。2.根据权利要求1所述的八波束宽带相控阵换能器，其特征在于，还包括防水透声层，所述防水透声层包覆所述金属底座、所述背衬泡沫、所述复合材料压电片、所述匹配层。3.根据权利要求2所述的八波束宽带相控阵换能器，其特征在于，所述防水透声层可为环氧树脂或聚氨酯或橡胶。4.根据权利要求1所述的八波束宽带相控阵换能器，其特征在于，所述压电阵子之间间距介于0.2λ到λ之间，其中，所述λ为中心频率对应的波长。5.根据权利要求1至4任意一项所述的八波束宽带相控阵换能器，其特征在于，所述复合材料压电片的材料为压电陶瓷或压电单晶或有机压电材料，所述第一去耦材料包括轻质泡沫、以及环氧树脂或聚氨酯或硅橡胶，所述第二去耦材料包括轻质泡沫、以及环氧树脂或聚氨酯或硅橡胶。6.根据权利要求1至4任意一项所述的八波束宽带相控阵换能器，其特征在于，所述匹配层的材料为环氧材料或加入金属粉末/陶瓷粉末的环氧材料，所述匹配层的声学特性阻抗介于2兆瑞利到7.5兆瑞利之间，所述匹配层中的声速为1500m/s到4500m/s之间。7.根据权利要求1至4任意一项所述的八波束宽带相控阵换能器，其特征在于，所述复合材料压电片与所述背衬泡沫径向对齐且边缘互相粘接，其中，所述复合材料压电片与所述背衬泡沫之间的周围缝隙经硅橡胶填满；所述背衬泡沫与所述金属底座径向对齐且边缘互相粘接，其中，所述背衬泡沫与所述金属底座的周围缝隙经硅橡胶填满。8.一种如权利要求1至7任意一项所述的八波束宽带相控阵换能器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对一压电片进行切割，形成多个独立的压电阵子，其中，所述压电阵子以稀疏相控阵方式进行布阵；S2：在各个所述压电阵子之间间隙中填充第一去耦材料，并在所述压电阵子正负极分别粘接电极片，形成复合材料压电片；S3：灌注一匹配层，并对所述匹配层进行切割，形成多个独立的匹配阵子，其中，所述匹配阵子与所述压电阵子形状、尺寸一致，并且所述匹配阵子之间间隙与所述压电阵子之间间隙对齐且间距一致；S4：在各个所述匹配阵子之间间隙中填充第二去耦材料；S5：将金属底座、背衬泡沫、所述复合材料压电片、所述匹配层依次叠层粘接，其中，所述匹配阵子之间间隙与所述压电阵子之间间隙对齐粘接。2CN112495744A权利要求书2/2页9.根据权利要求8所述的八波束宽带相控阵换能器的制备方法，其特征在于，所述步骤S5之后，还包括步骤S6：通过硅橡胶对所述金属底座与所述背衬泡沫之间的周围缝隙、以及所述背衬泡沫与所述复合材料压电片之间的周围缝隙进行填满；在所述金属底座、所述背衬泡沫、所述复合材料压电片、所述匹配层的整体外围胶封一防水透声层。3CN112495744A说明书1/5页一