專利名稱:多層平面的壓電薄膜水聽器的制作方法
本發(fā)明是一種水下測(cè)聲傳感裝置，特別適合于100KHZ－500KHZ頻段的水聽器，並適合于水下超聲窄脈沖波形的接收。
現(xiàn)有的壓電薄膜水聽器其探頭只有一層防水層和壓電薄膜層按功能分水聲及醫(yī)療超聲兩類。前者均用大體積板彎曲型結(jié)構(gòu)，只適合于100KHZ以下頻段〔參閱美國(guó)“聲學(xué)儀器展望”(PROCINST.ACOUSTICS，№4，1984)〕；后者均用圓環(huán)框架點(diǎn)式水聽器，采用λ／2振型，只適合于0.5－15MHZ頻段〔參閱“英國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)”雜志(IEEE.PROCEEDINGS～A，№4，1984)〕。以上兩類均無法兼顧100KHZ－500KHZ頻段工作。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種靠針管支撐的多層平面薄膜探頭結(jié)構(gòu)，以解決100KHZ－500KHZ內(nèi)自由場(chǎng)平坦接收的高靈敏的壓電薄膜水聽器。
本發(fā)明的任務(wù)是運(yùn)用以下原理探頭截面尺寸接近λ／2(λ是工作頻率)，同時(shí)由針管狀結(jié)構(gòu)支撐，以符合自由聲場(chǎng)條件。探頭由一張直徑5.6mm、厚30－50μm的聚偏氟乙烯壓電薄膜，貼到相同直徑厚300μm的不銹鋼基底上，受聲波策動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)λ／4振型。在同頻段內(nèi)λ／4振型比λ／2振型靈敏度高3dB，前者理論靈敏度為M=2hj ω CO｛1ZW(1-jZO/ZW)cot(ke)｝]]>
式中h為壓電常數(shù)；j為-1]]>；ω為角頻率；CO為靜態(tài)電容；ZW及ZO分別為水介質(zhì)及薄膜的聲阻抗率；k為薄膜中的波數(shù)；l為薄膜厚度。
膜厚30μm，由上式計(jì)算，靈敏度M在17MHZ至低頻，起伏小于6dB。但是，本不銹鋼基底並非完全剛體，在周界固定條件下，有fn=μ2nL2πaE3ρ(1-σ2)]]>式中μ1＝3.20，μ2＝6.30，μ3＝9.44，……，當(dāng)n＞3，μn＝nπ。E、σ、ρ、a及L分別為鋼基底的揚(yáng)氏模量、泊松比、密度、半徑及厚度。
一個(gè)半球形金屬焊塊(φ2mm)〔10〕及強(qiáng)吸聲塊〔9〕敷設(shè)在基底背面，抑制各高階諧波峰值，平坦了頻響特性。薄膜正、負(fù)極性間的平坦靈敏度頻響電壓，經(jīng)過后殼體〔3〕內(nèi)的MOS集成阻抗變換和放大器，實(shí)現(xiàn)良好的電能傳輸。
本發(fā)明水聽器電纜末端的自由場(chǎng)電壓接收靈敏度為－210dB±1.6dB(odB＝1V／1μρa(bǔ))，性能穩(wěn)定可靠。
以下將結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)縱向剖面圖；圖2是探頭具體結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖。
參照?qǐng)D1，一個(gè)換能器探頭〔1〕將聲波訊號(hào)轉(zhuǎn)變成電訊號(hào)，探頭由針管支撐固定，並通過針管引導(dǎo)線，將電訊號(hào)輸送到MOS集成放大電路〔3〕，在電纜末端供給放大了的無畸變的電壓頻響。透聲的防水層〔4〕保障聲端水密可靠；上電極〔5〕與留有ρ有效＝5.4mm孔的外殼〔11〕靠機(jī)械緊配壓接觸，接地后構(gòu)成電屏蔽，並引作負(fù)電極；聚偏氟乙烯壓電薄膜〔6〕實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換，粘合層密合高，低兩聲阻抗層，保障電、聲耦合和λ／4振型實(shí)施；0.3mm厚的不銹鋼圓盤下電極〔8〕與不銹鋼外殼一起控制探頭的有效接收聲波面積；由室溫硅橡膠H2706與鈰鎢粉按15重量比勻拌的強(qiáng)聲吸收襯填塊〔9〕及半圓球金屬焊塊〔10〕抑制了高次諧頻峰值和其它聲干涉，造成平坦頻響。
權(quán)利要求
1.一個(gè)由換能器探頭[1]，支撐探頭的支架[2]和放大電路[3]組成的壓電薄膜水聽器，其特征在于換能器探頭用多層平面，其支架采用針狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的水聽器，其特征是所說的多層平面指防水層〔4〕、上電極〔5〕、聚偏氟乙烯壓電薄膜〔6〕、粘合層〔7〕、下電極〔8〕、聲吸收背襯〔9〕，還有一半圓球金屬焊塊〔10〕。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的水聽器，其特征是下電極采用0.3mm厚的不銹鋼圓盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的水聽器，其特征在于聲吸收背襯由硫化硅橡膠H2706粘合劑與鈰鎢粉按15重量比均勻混拌而成。
專利摘要
多層平面的壓電薄膜水聽器，是一種水下測(cè)聲傳感裝置。本實(shí)用新型的探頭截面尺寸接近λ/2，并用針管狀結(jié)構(gòu)支撐，以符合自由聲場(chǎng)條件。探頭由聚偏氟乙烯壓電薄膜，不銹鋼基底，半球形金屬焊塊及強(qiáng)吸聲塊等多層平面組成。此此結(jié)構(gòu)可應(yīng)用λ/4振型提高了靈敏度，并能抑制各高階諧波。尤其在100KHZ至500KHZ頻段內(nèi)可獲得高靈敏度和平坦的頻響特性。
文檔編號(hào)G01H11/00GK85200264SQ85200264
公開日1985年11月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者袁易全, 邰耀梅 申請(qǐng)人:南京工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan