本發(fā)明涉及水聲換能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深水用球形水聲換能器及其加工方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，人類對于深海的探索程度不斷加深。作為推動深?？茖W(xué)研究進(jìn)步的深海水聲技術(shù)得到了大力發(fā)展，而深水換能器技術(shù)是十分重要的技術(shù)支撐，無論是軍事領(lǐng)域還是民用商業(yè)領(lǐng)域，都對深水換能器的制造和使用提出了更高的要求。
深水換能器在使用時需要直接暴露在惡劣的環(huán)境中，地球上海洋的平均深度達(dá)到3700多米，如果換能器工作在海洋的平均深度的話，換能器表面需要承受370個大氣壓的壓力，這足以使大部分換能器損壞或者失效。因此，如何保證水聲換能器在高靜水壓力下正常工作是設(shè)計和研制深水換能器的關(guān)鍵技術(shù)。
常見深水換能器的設(shè)計方案主要有三種，一種是通過壓力釋放的方式。利用換能器耐壓外殼或者去耦材料釋放壓力來保護(hù)陶瓷元件，但由于耐壓外殼及去耦材料自身承壓限制，此方式在換能器工作深度方面存在限制，不適用于1000米以下水域范圍；其二，是通過壓力補(bǔ)償?shù)姆绞?。利用在工作面一?cè)引入補(bǔ)償壓力以實(shí)現(xiàn)壓力平衡，但此方法主要運(yùn)用在動圈式換能器上；另一種是通過壓力平衡的方式。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計使陶瓷處于受力平衡狀態(tài)，通過溢流或充油的方式實(shí)現(xiàn)更大深度的承壓，該方式的換能器工作深度可達(dá)全海深。
目前，國內(nèi)現(xiàn)有的換能器設(shè)計水平無法全面滿足深水環(huán)境使用要求，在用的水聲換能器多采用壓力釋放的方式，通過耐壓外殼來實(shí)現(xiàn)深水工作承壓。但是，耐壓外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，加工周期長，裝配精度高，成本居高不下，且工作深度受到自身承壓限制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種深水用球形水聲換能器及其加工方法，該水聲換能器透聲性能及耐壓性能優(yōu)越，適合于深水工作，并且體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，利于工程實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
所述一種深水用球形水聲換能器，其特征在于：包括壓電陶瓷球1，水密層，橡膠囊腔和電纜6，在壓電陶瓷球內(nèi)腔及橡膠囊腔中灌注甲基硅油。
進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種深水用球形水聲換能器，其特征在于：所述壓電陶瓷球1采用PZT-4材料，由兩個獨(dú)立的半球電極組成，在壓電陶瓷球的中心軸上端開有導(dǎo)液孔。
進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種深水用球形水聲換能器，其特征在于：水密層由內(nèi)而外依次包括第一橡膠層2，鈦合金網(wǎng)3和第三橡膠層4。
進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種深水用球形水聲換能器，其特征在于：所述第一橡膠層2和第三橡膠層4采用JA-2S/80F聚氨酯橡膠灌注，厚度為3mm；所述的鈦合金網(wǎng)3采用TA1鈦合金網(wǎng)。
進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種深水用球形水聲換能器，其特征在于：所述橡膠囊腔由內(nèi)而外依次包括第一橡膠層2，第二橡膠層5，鈦合金網(wǎng)3和第三橡膠層4；所述的第二橡膠層5采用JA-2S/80F聚氨酯橡膠灌注，厚度為3mm；橡膠囊腔的體積與壓電陶瓷球1內(nèi)腔體積相同。
進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種深水用球形水聲換能器，其特征在于：電纜6采用聚氨酯橡膠外皮的帶屏蔽兩芯電纜。
所述一種深水用球形水聲換能器的加工方法，其特征在于：包括以下步驟：
步驟1：使用無硫橡皮擦拭壓電陶瓷球兩個半球的正負(fù)極，再用酒精、丙酮先后進(jìn)行清洗；然后在壓電陶瓷球殼內(nèi)底部焊接串聯(lián)線；再使用環(huán)氧樹脂膠對兩個半球進(jìn)行粘接，放入模具中進(jìn)行固化；固化完成后在壓電陶瓷球外電極上焊接正負(fù)極引出線；
步驟2：用酒精、丙酮先后清理壓電陶瓷球1表面，然后在壓電陶瓷球1表面均勻涂抹一層助粘劑，放入工裝并灌注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡膠，在80℃溫度下固化24小時，脫模清理，形成第一橡膠層2；
步驟3：通過第一橡膠層2上端開口處向橡膠囊腔及壓電陶瓷球內(nèi)腔灌注預(yù)熱后的抽真空甲基硅油，填充量以灌滿腔體為標(biāo)準(zhǔn)，然后立刻用JA-2S/80F聚氨酯橡膠對橡膠囊腔進(jìn)行密封硫化，厚度3mm，在80℃溫度下固化8小時，脫模清理，形成第二橡膠層5；
步驟4：將鈦合金網(wǎng)3進(jìn)行噴砂處理，后用酒精、丙酮進(jìn)行清洗；將鈦合金網(wǎng)3緊貼第一橡膠層2及第二橡膠層5外表面進(jìn)行包覆；
步驟5：在鈦合金網(wǎng)3表面均勻涂抹一層助粘劑，放入工裝灌注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡膠，在80℃溫度下固化24小時，脫模清理，形成第三橡膠層4。
本發(fā)明為了克服深水靜水壓力的問題，采用了橡膠囊腔與壓電陶瓷球內(nèi)腔連接的結(jié)構(gòu)，由于橡膠囊腔采用柔性材料，可將深水產(chǎn)生的大靜水壓力通過腔體中填充的甲基硅油平衡至壓電陶瓷球內(nèi)腔，從而實(shí)現(xiàn)球殼內(nèi)外的壓力平衡，適于深水工作。
本發(fā)明采用在壓電陶瓷球內(nèi)腔及橡膠囊腔中填充甲基硅油的方式，增大了壓電陶瓷球殼內(nèi)外的輻射阻，實(shí)現(xiàn)帶寬拓展。
有益效果
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明設(shè)計的球形水聲換能器是一種能夠工作在大靜水壓力環(huán)境中的聲信號接收器；相對于其它深水工作的水聲換能器來說，本發(fā)明的球形水聲換能器具有設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，通過橡膠囊腔有效平衡換能器內(nèi)外壓；本發(fā)明水密層采用多層密封，具有很好的水密性能；本發(fā)明的球形水聲換能器兩個獨(dú)立的半球電極采用串聯(lián)的電聯(lián)接方式，實(shí)現(xiàn)高靈敏度及帶寬拓展。
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
附圖說明
本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1為本發(fā)明深水用球形水聲換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖標(biāo)識
1-壓電陶瓷球；2-第一橡膠層；3-鈦合金網(wǎng)；4-第三橡膠層；5-第二橡膠層；6-電纜。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例中水聲換能器包括壓電陶瓷球1、第一橡膠層2、鈦合金網(wǎng)3、第三橡膠層4、第二橡膠層5、電纜6。
壓電陶瓷球選用PZT-4材料，尺寸為Φ34mm，壁厚3mm，由兩個獨(dú)立的半球電極A、B通過環(huán)氧樹脂膠粘接固化而成；兩個陶瓷半球的內(nèi)外電極極性相反，在壓電陶瓷球殼內(nèi)串聯(lián)；壓電陶瓷球沿豎直的中心軸上端開有一個導(dǎo)液孔，用于灌注甲基硅油，孔徑為Φ3mm。
第一橡膠層2、第二橡膠層5、第三橡膠層4均采用JA-2S/80F聚氨酯橡膠灌注，厚度均為3mm。
橡膠囊腔由聚氨酯橡膠硫化成型，尺寸為Φ26mm，高12mm,與壓電陶瓷球內(nèi)腔通過導(dǎo)液孔相連，第一橡膠層2硫化成型后，向橡膠囊腔及壓電陶瓷球內(nèi)腔灌注甲基硅油，后通過第二橡膠層5對橡膠囊腔進(jìn)行封口密封。
下面提供一種本發(fā)明的深水用球形水聲換能器具體實(shí)施方法。
(1)首先使用無硫橡皮擦拭壓電陶瓷球兩個半球的正負(fù)極，再用酒精、丙酮先后進(jìn)行清洗；然后在壓電陶瓷球殼內(nèi)底部焊接串聯(lián)線；再使用環(huán)氧樹脂膠對兩個半球進(jìn)行粘接，放入模具中進(jìn)行固化；固化完成后在壓電陶瓷球外電極上焊接正負(fù)極引出線。
(2)用酒精、丙酮先后清理壓電陶瓷球1表面，然后在壓電陶瓷球1表面均勻涂抹一層助粘劑，放入工裝并灌注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡膠，在80℃溫度下固化24小時，脫模清理，形成第一橡膠層2。
(3)通過第一橡膠層2上端開口處向橡膠囊腔及壓電陶瓷球內(nèi)腔灌注預(yù)熱后的抽真空甲基硅油，填充量以灌滿腔體為宜，然后立刻用JA-2S/80F聚氨酯橡膠對橡膠囊腔進(jìn)行密封硫化，厚度3mm，在80℃溫度下固化8小時，脫模清理，形成第二橡膠層5。
(4)將鈦合金網(wǎng)3進(jìn)行噴砂處理，后用酒精、丙酮進(jìn)行清洗；將鈦合金網(wǎng)3緊貼第一橡膠層2及第二橡膠層5外表面進(jìn)行包覆。
(5)在鈦合金網(wǎng)3表面均勻涂抹一層助粘劑，放入工裝灌注3mm厚的JA-2S/80F聚氨酯橡膠，在80℃溫度下固化24小時，脫模清理，形成第三橡膠層4。
盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。