一種耐高壓的球形水聽器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了耐高壓的球形水聽器及其制造方法。現(xiàn)有球形水聽器橡膠硫化工藝造成水聽器不穩(wěn)定。本發(fā)明的外殼材質(zhì)為環(huán)氧樹脂；吸聲層與外殼的兩級階梯孔過盈配合；封裝蓋板放置在吸聲層頂部，壓板壓在封裝蓋板上；連接桿頂部與吸聲層及封裝蓋板的連接桿安裝孔配合；金屬接頭上的兩個凸頭與壓板開設(shè)的兩個定位孔匹配；球形陶瓷球的兩個半球面的正、負極分別相接后對應(yīng)連接導(dǎo)線的正、負極，導(dǎo)線穿出連接桿頂端及壓板部分的正、負極與金屬接頭內(nèi)電纜的正、負極對應(yīng)相接；吸聲層的灌油孔、出氣孔分別與封裝蓋板的灌油孔、出氣孔相通；封裝蓋板的灌油孔和出氣孔用環(huán)氧樹脂封??；外殼與壓電陶瓷球之間充滿硅油。本發(fā)明提高了水聽器的靈敏度和耐壓性。
【專利說明】
一種耐高壓的球形水聽器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐高壓的球形水聽器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聲壓水聽器是水聲測量中必不可少的設(shè)備，是被動聲吶系統(tǒng)中的核心部分。水聽器是一種電聲轉(zhuǎn)換的傳感器，當水聽器敏感元件感應(yīng)到聲信號時，將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，反之當敏感元件受到電信號激勵，敏感元件發(fā)生機械振動，將機械振動以聲波的形式向外傳播，從而完成電聲轉(zhuǎn)換，主要應(yīng)用于水聲測量和水聲量值傳遞。在低頻率范圍內(nèi)，球形聲壓水聽器因其水平無指向性，垂直方向除結(jié)構(gòu)阻擋部分外也無指向性而被廣泛應(yīng)用于聲場研究中。
[0003]目前球形水聽器的靈敏元件一般采用壓電陶瓷球，在制作過程中對靈敏元件的表面處理多采用橡膠硫化外加防水透聲層的方法，以防止使用過程中海水等腐蝕性液體對水聽器的腐蝕，延長使用壽命。但是橡膠硫化工藝復(fù)雜且存在一定的局限性。一方面，橡膠的易老化問題經(jīng)過硫化雖然有所改善，長期使用的情況下還是會出現(xiàn);受到硫化工藝的影響，在硫化過程中，壓電陶瓷球受到外力擠壓，從而會引起振動模態(tài)的變化;在進行橡膠硫化時，易在橡膠內(nèi)部和表面產(chǎn)生氣泡。這些因素會降低球形水聽器的靈敏度以及對其頻率響應(yīng)范圍、指向性和穩(wěn)定性等產(chǎn)生影響。另一方面，在使用過程中，外部環(huán)境的水壓，溫度會通過橡膠作用在靈敏元件上，從而造成水聽器的不穩(wěn)定性，測量結(jié)果隨之產(chǎn)生誤差，也因此不適用于高壓環(huán)境下的聲場測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有球形水聽器制作工藝上橡膠硫化的缺陷及其對水聽器靈敏度、指向性和穩(wěn)定性等性能造成的影響，提出一種靈敏度高、耐高壓、穩(wěn)定性好、使用壽命長的球形水聽器及其制造方法，該球形水聽器結(jié)構(gòu)簡單、易操作，減小傳統(tǒng)對壓電陶瓷表面進行橡膠硫化處理給水聽器帶來的影響。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明耐高壓的球形水聽器，包括壓電陶瓷球、外殼、連接桿、硅油、吸聲層、封裝蓋板、壓板、金屬接頭和電纜;所述外殼的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂;所述的吸聲層為兩級階梯軸結(jié)構(gòu)，并與外殼內(nèi)部的兩級階梯孔過盈配合;封裝蓋板放置在吸聲層頂部，壓板壓在封裝蓋板上;所述的連接桿豎直設(shè)置，頂部與吸聲層及封裝蓋板開設(shè)的連接桿安裝孔配合;金屬接頭上的兩個凸頭與壓板開設(shè)的兩個定位孔匹配實現(xiàn)定位;金屬接頭中空，用于放置電纜;所述的球形陶瓷球由兩個相同內(nèi)徑和厚度的半球面粘接而成；導(dǎo)線固定在連接桿內(nèi)，底部露出連接桿外與錐頭固定;錐頭嵌入壓電陶瓷球內(nèi)；連接桿和錐頭的材質(zhì)均為環(huán)氧樹脂;球形陶瓷球的兩個半球面的正、負極分別相接后對應(yīng)連接導(dǎo)線穿出錐頭外部分的正、負極，導(dǎo)線穿出連接桿頂端及壓板部分的正、負極與電纜的正、負極對應(yīng)相接;吸聲層開設(shè)的灌油孔與封裝蓋板開設(shè)的灌油孔相通;吸聲層開設(shè)的出氣孔與封裝蓋板開設(shè)的出氣孔相通;所述封裝蓋板的灌油孔和出氣孔用環(huán)氧樹脂封住;外殼與壓電陶瓷球之間充滿硅油。
[0007]所述的金屬接頭和壓板均采用不銹鋼材料。
[0008]所述的吸聲層由具有吸聲性能的橡膠制備而成，高度為3cm。
[0009]所述的外殼的孔端、封裝蓋板的軸肩及軸端均倒圓角。
[0010]本發(fā)明耐高壓的球形水聽器的制造方法，具體步驟如下:
[0011]步驟一、灌注外殼:對環(huán)氧樹脂進行真空除氣泡處理后灌入外殼模具中加熱固化形成外殼，最后脫模進行表面打磨;加熱固化的溫度設(shè)定為60°c。
[0012]步驟二、將導(dǎo)線穿過組件模具，環(huán)氧樹脂進行真空除氣泡處理后灌入組件模具中加熱固化形成導(dǎo)線、連接桿及錐頭組件，最后脫模進行表面打磨;加熱固化的溫度設(shè)定為60Γ。
[0013]步驟三、壓電陶瓷球的兩個半球面的正、負極分別相接后對應(yīng)連接導(dǎo)線穿出錐頭外部分的正、負極，然后將錐頭嵌于壓電陶瓷球的錐孔內(nèi)，并用環(huán)氧樹脂進一步固定。
[0014]步驟四、連接桿頂部穿過吸聲層及封裝蓋板的連接桿安裝孔，并將封裝蓋板上的灌油孔與吸聲層的灌油孔對齊，然后將吸聲層與外殼的兩級階梯孔過盈配合，再用環(huán)氧樹脂將封裝蓋板與外殼粘接。
[0015]步驟五、通過封裝蓋板和吸聲層的灌油孔將硅油注入外殼內(nèi)，注滿后用環(huán)氧樹脂將封裝蓋板的灌油孔和出氣孔封住，并檢查封裝蓋板與外殼的粘接處以及封裝蓋板的灌油孔和出氣孔處是否漏油，若漏油則用環(huán)氧樹脂在漏油處重新密封。
[0016]步驟六、導(dǎo)線穿出連接桿頂端及壓板部分的正、負極與電纜的正、負極對應(yīng)相接。
[0017]步驟七、將金屬接頭上的兩個凸頭嵌入壓板的兩個定位孔內(nèi)，實現(xiàn)金屬接頭的定位，然后用環(huán)氧樹脂將金屬接頭與外殼粘接，并檢查環(huán)氧樹脂將金屬接頭與外殼的粘接處是否漏油，若漏油則用環(huán)氧樹脂重新粘接。
[0018]步驟八、采用橡膠硫化的方法將電纜與金屬接頭進行連接。
[0019]所述的環(huán)氧樹脂均采用E51型環(huán)氧樹脂，基料與固化劑按比例4:1均勻混合；固化劑采用型號為W93的改性異佛爾酮二胺。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:優(yōu)化了球形水聽器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，制作簡單;采用外殼設(shè)計和灌注硅油的方法取代傳統(tǒng)橡膠硫化的表面處理方法，提高了水聽器的靈敏度和耐壓性，延長了使用壽命；內(nèi)部設(shè)有吸聲層，降低了水聽器的自噪聲;頂端的金屬接頭有效地降低空間的電磁干擾信號。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于水聲測量的各個領(lǐng)域，特別是中低頻高壓環(huán)境下的聲場測量。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0022 ]圖2為本發(fā)明的靈敏度校準曲線圖。
[0023]圖中:1、壓電陶瓷球，2、外殼，3、連接桿，4、硅油，5、吸聲層，6、封裝蓋板、7、壓板，
8、灌油孔，9、出氣孔，10、金屬接頭，11、電纜，12、凸頭。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細的描述。
[0025]如圖1所示，一種耐高壓的球形水聽器，包括壓電陶瓷球1、外殼2、連接桿3、硅油4、吸聲層5、封裝蓋板6、壓板7、金屬接頭10和電纜11;外殼2由環(huán)氧樹脂灌注而成，起到支撐、防水防油、透聲和耐壓作用，能減小聲波在傳播過程中的能量損失，此外，環(huán)氧樹脂質(zhì)地較硬，能提高球形水聽器的抗壓性能;吸聲層5為兩級階梯軸結(jié)構(gòu)，并與外殼2內(nèi)部的兩級階梯孔過盈配合;封裝蓋板6放置在吸聲層5頂部，壓板7壓在封裝蓋板6上;連接桿3豎直設(shè)置，頂部與吸聲層5及封裝蓋板6開設(shè)的連接桿安裝孔配合;金屬接頭10上的兩個凸頭12與壓板7開設(shè)的兩個定位孔匹配實現(xiàn)定位，金屬接頭10和壓板7均采用不銹鋼材料，有利于屏蔽水聽器工作時的電磁干擾;金屬接頭10中空，用于放置電纜11;球形陶瓷球I由兩個相同內(nèi)徑和厚度的半球面粘接而成，以消除整球結(jié)構(gòu)因壁厚不均勻給水聽器的水平和垂直方向指向性帶來的影響；導(dǎo)線固定在連接桿內(nèi)，底部露出連接桿外與錐頭固定;錐頭嵌入壓電陶瓷球I內(nèi)；球形陶瓷球I的兩個半球面的正、負極分別相接后對應(yīng)連接導(dǎo)線穿出錐頭外部分的正、負極，導(dǎo)線穿出連接桿頂端及壓板7部分的正、負極與電纜11的正、負極對應(yīng)相接;吸聲層5開設(shè)的灌油孔8與封裝蓋板6開設(shè)的灌油孔8相通;吸聲層5開設(shè)的出氣孔9與封裝蓋板6開設(shè)的出氣孔相通;封裝蓋板6的灌油孔8和出氣孔9用環(huán)氧樹脂封住;吸聲層由具有吸聲性能的橡膠制備而成，用以吸收水聽器內(nèi)不必要的聲反射，起到降噪的作用，高度為3cm，可保證連接桿的垂直度;外殼與壓電陶瓷球之間充滿硅油4，起到絕緣的作用，性質(zhì)穩(wěn)定，隔絕外部環(huán)境與壓電陶瓷球的直接接觸，能夠延長水聽器的使用壽命。外殼2的孔端、封裝蓋板的軸肩及軸端均倒圓角，以減小水聽器內(nèi)部聲波信號反射的干擾作用。
[0026]該耐高壓的球形水聽器的制造方法，具體步驟如下:
[0027]1、灌注外殼2:對環(huán)氧樹脂進行真空除氣泡處理后灌入外殼模具中加熱固化形成外殼2，最后脫模進行表面打磨;加熱固化的溫度設(shè)定為60°C。
[0028]2、將導(dǎo)線穿過組件模具，環(huán)氧樹脂進行真空除氣泡處理后灌入組件模具中加熱固化形成導(dǎo)線、連接桿及錐頭組件，最后脫模進行表面打磨;加熱固化的溫度設(shè)定為60°C。
[0029]3、壓電陶瓷球的兩個半球面的正、負極分別相接后對應(yīng)連接導(dǎo)線穿出錐頭外部分的正、負極，然后將錐頭嵌于壓電陶瓷球的錐孔內(nèi)，并用環(huán)氧樹脂進一步固定。
[0030]4、連接桿頂部穿過吸聲層及封裝蓋板的連接桿安裝孔，并將封裝蓋板上的灌油孔與吸聲層的灌油孔對齊，然后將吸聲層5與外殼的兩級階梯孔過盈配合，再用環(huán)氧樹脂將封裝蓋板與外殼粘接。
[0031]5、通過封裝蓋板和吸聲層的灌油孔將硅油注入外殼內(nèi)，注滿后用環(huán)氧樹脂將封裝蓋板的灌油孔和出氣孔封住，并檢查封裝蓋板與外殼的粘接處以及封裝蓋板的灌油孔和出氣孔處是否漏油，若漏油則用環(huán)氧樹脂在漏油處重新密封。
[0032]6、導(dǎo)線穿出連接桿頂端及壓板7部分的正、負極與電纜11的正、負極對應(yīng)相接。
[0033]7、將金屬接頭上的兩個凸頭嵌入壓板7的兩個定位孔內(nèi)，實現(xiàn)金屬接頭的定位，然后用環(huán)氧樹脂將金屬接頭與外殼粘接，并檢查環(huán)氧樹脂將金屬接頭與外殼的粘接處是否漏油，若漏油則用環(huán)氧樹脂重新粘接。
[0034]8、采用橡膠硫化的方法將電纜與金屬接頭進行連接。
[0035]上述環(huán)氧樹脂均采用E51型環(huán)氧樹脂，基料與固化劑按比例4:1均勻混合；固化劑采用型號為W93的改性異佛爾酮二胺。
[0036]按照以上制造方法制造出球形水聽器，采用比較法對其進行靈敏度校準，得到頻率f在1?40KHZ上的靈敏度M曲線如圖2所示，從圖中可以看出，該球形水聽器在I OKHz?40KHz頻率范圍內(nèi)的靈敏度比標準水聽器高出2?5dB，頻率響應(yīng)較為平坦，適用于中、低頻率范圍內(nèi)的聲場測量。
【主權(quán)項】
1.一種耐高壓的球形水聽器，包括壓電陶瓷球、外殼、連接桿、硅油、吸聲層、封裝蓋板、壓板、金屬接頭和電纜，其特征在于:所述外殼的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂;所述的吸聲層為兩級階梯軸結(jié)構(gòu)，并與外殼內(nèi)部的兩級階梯孔過盈配合;封裝蓋板放置在吸聲層頂部，壓板壓在封裝蓋板上;所述的連接桿豎直設(shè)置，頂部與吸聲層及封裝蓋板開設(shè)的連接桿安裝孔配合;金屬接頭上的兩個凸頭與壓板開設(shè)的兩個定位孔匹配實現(xiàn)定位;金屬接頭中空，用于放置電纜;所述的球形陶瓷球由兩個相同內(nèi)徑和厚度的半球面粘接而成;導(dǎo)線固定在連接桿內(nèi)，底部露出連接桿外與錐頭固定;錐頭嵌入壓電陶瓷球內(nèi)；連接桿和錐頭的材質(zhì)均為環(huán)氧樹脂；球形陶瓷球的兩個半球面的正、負極分別相接后對應(yīng)連接導(dǎo)線穿出錐頭外部分的正、負極，導(dǎo)線穿出連接桿頂端及壓板部分的正、負極與電纜的正、負極對應(yīng)相接;吸聲層開設(shè)的灌油孔與封裝蓋板開設(shè)的灌油孔相通;吸聲層開設(shè)的出氣孔與封裝蓋板開設(shè)的出氣孔相通;所述封裝蓋板的灌油孔和出氣孔用環(huán)氧樹脂封住;外殼與壓電陶瓷球之間充滿硅油。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高壓的球形水聽器，其特征在于:所述的金屬接頭和壓板均采用不銹鋼材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高壓的球形水聽器，其特征在于:所述的吸聲層由具有吸聲性能的橡膠制備而成，高度為3cm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高壓的球形水聽器，其特征在于:所述的外殼的孔端、封裝蓋板的軸肩及軸端均倒圓角。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述耐高壓的球形水聽器的制造方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟一、灌注外殼:對環(huán)氧樹脂進行真空除氣泡處理后灌入外殼模具中加熱固化形成外殼，最后脫模進行表面打磨;加熱固化的溫度設(shè)定為60°C ; 步驟二、將導(dǎo)線穿過組件模具，環(huán)氧樹脂進行真空除氣泡處理后灌入組件模具中加熱固化形成導(dǎo)線、連接桿及錐頭組件，最后脫模進行表面打磨;加熱固化的溫度設(shè)定為60°C; 步驟三、壓電陶瓷球的兩個半球面的正、負極分別相接后對應(yīng)連接導(dǎo)線穿出錐頭外部分的正、負極，然后將錐頭嵌于壓電陶瓷球的錐孔內(nèi)，并用環(huán)氧樹脂進一步固定； 步驟四、連接桿頂部穿過吸聲層及封裝蓋板的連接桿安裝孔，并將封裝蓋板上的灌油孔與吸聲層的灌油孔對齊，然后將吸聲層與外殼的兩級階梯孔過盈配合，再用環(huán)氧樹脂將封裝蓋板與外殼粘接； 步驟五、通過封裝蓋板和吸聲層的灌油孔將硅油注入外殼內(nèi)，注滿后用環(huán)氧樹脂將封裝蓋板的灌油孔和出氣孔封住，并檢查封裝蓋板與外殼的粘接處以及封裝蓋板的灌油孔和出氣孔處是否漏油，若漏油則用環(huán)氧樹脂在漏油處重新密封； 步驟六、導(dǎo)線穿出連接桿頂端及壓板部分的正、負極與電纜的正、負極對應(yīng)相接； 步驟七、將金屬接頭上的兩個凸頭嵌入壓板的兩個定位孔內(nèi)，實現(xiàn)金屬接頭的定位，然后用環(huán)氧樹脂將金屬接頭與外殼粘接，并檢查環(huán)氧樹脂將金屬接頭與外殼的粘接處是否漏油，若漏油則用環(huán)氧樹脂重新粘接； 步驟八、采用橡膠硫化的方法將電纜與金屬接頭進行連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種耐高壓的球形水聽器的制造方法，其特征在于:所述的環(huán)氧樹脂均采用E51型環(huán)氧樹脂，基料與固化劑按比例4:1均勻混合；固化劑采用型號為W93的改性異佛爾酮二胺。
【文檔編號】G01H11/08GK105841800SQ201610221633
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】王月兵, 俞曉霞, 曹永剛, 王蕭博, 鄭慧峰, 郭世旭, 趙鵬
【申請人】中國計量大學(xué)