一種柔軟的高靈敏度水聽器的製作方法
2023-06-29 04:44:41
專利名稱：一種柔軟的高靈敏度水聽器的製作方法
技術領域：
一種柔軟的高靈敏度水聽器，可用於聲吶技術、水聲測量、海洋開發和地質勘探領域的水聽器，屬傳感器技術領域。
現有水聽器多數用壓電陶瓷，少數用壓電單晶體作換能材料，壓電陶瓷和單晶都是脆性材料，易損壞。即使用柔軟的新型壓電材料作換能材料，通常也是將其貼於有一定剛度的有機材料或金屬的背襯上。如圖1所示，是將壓電高聚物PVDF薄膜5，貼於圓柱形的有機材料管6內壁製成的水聽器。剛度強、脆性、易損壞，且靈敏度較低，加之，要將PVDF膜貼於圓管內壁，製作困難，很難保證水聽器性能一致性。
本實用新型發明目的有兩個方面一、充分利用新型壓電材料具有柔軟、耐力學衝擊、聲阻抗接近水和生物組織、壓電常數大的優點，相應選擇軟背襯和柔軟密封保護層，構成柔軟型耐衝擊、靈敏度高的水聽器。
二、採用卷繞成型的複合膜作換能材料，不但解決了水聽器加工設備複雜、工藝製作難度大的問題，還可在一定範圍內調節水聽器的靈敏度和電容量等參數，滿足研製多種要求的水聽器需要。
本實用新型發明的水聽器結構如圖2所示，由複合膜8，柱狀背襯6，密封保護層2，電纜1和電極引線4組成。本新型採用柔軟的有機材料加工成柱狀或管狀，作為水聽器柔軟的背襯。選取柔軟的新型壓電材料(壓電高聚物或壓電複合材料)膜作換能材料，選取柔軟的有機材料作為水聽器的密封保護層。這種水聽器從裡到外均是由各種柔軟材料構成，其特點是柔軟耐力學衝擊，不易損壞，在聲場、聲壓作用下，柔軟背襯容易產生較大形變，因而有很高的靈敏度，可以比普通水聽器的靈敏度高十幾分貝。圖1中的水聽器是將單層PVDF薄膜在圓管背襯內貼一圈，這種方法電容量、靈敏度等參數不易調節，難於滿足對水聽器的不同要求。本發明採用複合膜的卷繞結構，克服了上述缺點，取得良好效果。卷繞結構的複合膜結構特徵是將單層膜進行串聯或並聯，甚至多層膜的串聯或並聯方式，製成複合膜。如圖3(a)所示，當有單層膜串聯時，為防止卷繞時電極之間短路，需將一絕緣膜貼於一側，或如圖3(b)所示，當用雙層膜並聯複合時，兩膜間同一極性的電極面相接觸，構成並聯式複合膜。然後如圖4所示，將製作好的複合膜8，卷繞在背襯6上製作成壓電振子。最後接上電纜，復蓋密封保護層，即製作成水聽器。關於PVDF薄膜串聯和並聯的層數及複合膜卷繞的圈數，主要由水聽器電容量和靈敏度大小的選取而確定。如將壓電膜卷繞在壓電陶瓷管上，組成複合換能器，則可製成小體積高性能的收發合置換能器，甚至可將壓電膜直接卷繞在電纜上製成適用的水聽器。總之，使用卷繞結構的複合膜，可以克服一般壓電高聚物和壓電複合材料水聽器電容量小的缺點，並能使水聽器的電容量、靈敏度等參數，在較大範圍內加以調節，以滿足多種用途的水聽器需要。
下面列舉二個水聽器實施例1、背襯為外直徑18.0mm，內直徑6.0mm，高32.0mm的天然橡膠圓管，壓電膜為雙層厚0.050mm的PVDF薄膜，密封保護層為厚0.63mm的乳膠膜。測得的低頻靈敏度為－191dB，電容量為4500PF。
2、背襯為外直徑25.0mm，內直徑7.0mm，高42.5mm的有機矽圓管，壓電膜為單層厚0.40mm的壓電橡膠膜，密封保護層為厚0.42mm的有機矽膜。測得的低頻靈敏度為－202dB，電容量為5380PF。
說明書
圖1 水聽器剖面圖1 電纜2 密封保護層3 端帽4 電極引線5 壓電膜6 有機材料管圖2 柔軟型高靈敏度水聽器剖面圖1 電纜2 密封保護層4 電極引線6 軟背襯8 複合膜圖3 複合膜結構圖4 電極引線7 絕緣層8 複合膜圖4 卷繞結構的複合膜6 背襯8 複合膜
權利要求1.一種由壓電膜、背襯、電極引線和密封保護層組成的柔軟型水聽器，其特徵在於(1)水聽器的背襯為柔軟有機材料；(2)軟背襯形狀為柱狀或管狀；(3)壓電膜為柔軟的壓電高聚物或柔軟的壓電複合材料；(4)密封保護層為柔軟的有機材料。
2.一種由壓電膜、背襯、電極引線和密封保護層組成的高靈敏度水聽器，其特徵在於(1)壓電振子為卷繞結構的複合膜；(2)複合膜由單張壓電膜串聯(兩膜間異性電極面相接觸)或並聯(兩膜間同性電極面相接觸)構成；(3)卷繞成型的複合膜結構是以卷繞方式構成，各層複合膜間用粘合劑緊密粘接。
3.一種由壓電膜、背襯、電極引線和密封保護層組成的柔軟型高靈敏度水聽器，其特徵在於(1)背襯為柔軟有機材料；(2)壓電膜為卷繞式複合膜；(3)密封保護層為柔軟的有機材料。
專利摘要一種柔軟的高靈敏度水聽器，屬於傳感器技術領域。用於聲響技術、水聲測量、海洋開發和地質勘探。本實用新型是一種柔軟的水聽器，換能材料採用柔軟的新型壓電材料，及採用柔軟背襯和柔軟密封保護層。柔軟水聽器耐力學衝擊，不易損壞，柔軟背襯在聲場、聲壓下容易產生較大形變，因而具有很高的靈敏度。水聽器的壓電膜採用卷繞結構的複合膜，可在較大範圍內調節水聽器靈敏度和電容量等參數，以滿足多種用途水聽器的需要。本實用新型設備簡單、工藝簡化、產品靈敏度高，值得在聲傳感器和力傳感器方面推廣應用。
文檔編號G01H11/00GK2066575SQ9020528
公開日1990年11月28日 申請日期1990年4月28日 優先權日1990年4月28日
發明者欒桂冬, 張金鐸 申請人:北京大學