專利名稱：一種淺水多波束聲納u型發射陣實現方法
技術領域：
本發明涉及水聲測量領域，主要是一種淺水多波束聲納U型發射陣實現方法。
背景技術：
我國是一個擁有300萬平方公里海洋國土的海洋大國，其中大部分地區是淺海， 如我國的北海和東海都是水深不足200米的淺海，海洋開發和海洋工程(如港口建設、海上采油等)都集中在近海，此外大量的內陸湖泊、內河航道、水庫等均為淺水區(小于200 米)，都需要利用體積小、重量輕的淺水多波束測深系統進行準確、快速的地形地貌測量。目前淺水多波束測深系統中具有典型代表性的有Simrad EM3000、SeaBeam 1180、 ResonSeabat 8101等等。Simrad EM3000采用“T”型陣，發射單波束，接收多波束，工作頻率300kHz。缺點主要有中心波束混響嚴重；橫向接收波束寬度不均勻，導致整個條帶分辨率不均勻。ResonSeabat 8101發射采用直線陣，接收采用圓環形陣，工作頻率240kHz，雖然一定程度上提高了邊緣波束的分辨力，但仍存在中心波束混響嚴重的問題。SeaBeam 1180 為了提高邊緣波束分辨力及改善發射波束橫向能量分布，采用“V”型面陣，但仍存在明顯不足，分時發射需要3個測量周期才能完成整個條帶的測量，不僅影響測繪速度，也會引起額外的條帶分辨率不均勻性。為了進一步提高淺海多波束聲納系統總體性能，人們提出了 U型收發基陣的技術方案，該方法構造一個具有特定指向性的收發基陣，使得中心波束強度遠小于邊緣波束，同時解決了中心正入射海底強混響嚴重問題，及邊緣波束物理分辨力問題。目前國外普遍采用工藝復雜的1-3復合材料來制作收發基陣，這樣會導致兩個不足，一是帶寬不夠寬，二是聲源級不夠大。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的缺點和不足，提供一種淺水多波束聲納U型發射陣實現方法。本發明解決其技術問題采用的技術方案這種淺水多波束聲納U型發射陣實現方法，包括如下步驟步驟一根據工作中心頻率f及陶瓷顆粒的縱向聲速ν確定陶瓷顆粒的高度h，即 h = ν/(2f)，之后確定陶瓷顆粒的長度a和寬度b ；步驟二 根據所需的帶寬選擇陶瓷顆粒與匹配層之間的占空比Y，占空比是指陶瓷顆粒與匹配層粘接的面積與匹配層面積之比；步驟三根據所需的指向性設計U型陣的陣形，這里選用懸鏈線陣型y(x)= (cosh (Αχ)-1) /A,以實現邊緣波束比中心波束高12 15dB ；其中χ表示陣形的橫坐標，y表示陣形的縱坐標，A為陣形參數，決定了陣形的縱橫比例關系；步驟四根據占空比選擇支撐骨架底盤的厚度t、橫擋的厚度d，使得(a*b)/ ((a+d)*(b+2t)) = Y，后擋的形狀由步驟三中公式所確定，用來定位陶瓷顆粒，硬質泡沫條用來使陶瓷顆粒與后擋去耦；步驟五按步驟三、四計算的尺寸加工一個支撐骨架，再加工一個帶有銷釘孔的U 型鐵心，套合在支撐骨架內部，用于多個U型鐵心的定位；步驟六把陶瓷顆粒放入支撐骨架的橫擋之中，并把陶瓷顆粒的正、負極用導線并聯起來；步驟七蓋上上蓋板，澆注匹配層，并把匹配層打磨到相應的厚度和高度；步驟八重復步驟五至步驟七，這樣可以得到多個匹配層U型換能器。步驟九用銷釘把多個匹配層U型換能器通過定位鐵環上的銷釘孔上下同心裝配好，且在每兩個匹配層U型換能器之間插入一層去耦軟木橡皮。步驟十在裝配好的匹配層U型換能器外部灌注聚胺脂水密層，其厚度不小于 3mm ο作為優選，所述陶瓷顆粒的高度是其長和寬中最大尺度的1.5倍以上。作為優選，百分比帶寬為30%時取γ = 0.7左右，百分比帶寬達到60%時取γ =0. 5左右。本發明有益的效果是1、本發明首先利用匹配層來激發偶次模態，拓展換能器的帶寬；其次利用匹配層來構建一個U型輻射面，以實現邊緣波束比中心波束高12 15dB ；最后還利用了多個匹配層U型換能器上下同心堆疊，以達到垂直維束控的目的。2、結構簡單、工藝可靠、電聲效率高、發射電壓響應高、工作帶寬寬、水平波束起伏
圖1是本發明一個較佳實施例的結構分解圖。1-支撐骨架底盤、2-支撐骨架橫擋、3-支撐骨架后擋、4-定位鐵環、5-陶瓷顆粒、 6-蓋板、7-匹配層、8-硬質泡沫。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明參見圖1，為采用本發明實現的一種淺水多波束聲納U型發射陣實現方法中的單個換能器，其采用ABS塑料作為支撐骨架，45#鋼作為定位鐵環4，環氧板作為蓋板。圖中本實施例中單個匹配層圓環換能器采用128個鋯鈦酸鉛(PZT-4)壓電陶瓷顆粒， 每個陶瓷顆粒5尺寸為5mmX 5mmX 8mm。支撐骨架底盤1厚0. 7mm,支撐骨架橫擋2厚0. 6mm, 支撐骨架后擋3形狀參數A為16。蓋板6厚0.7mm。匹配層7高度為9. 5mm，徑向厚度為 3mm。單個換能器的內部結構如圖1所示。本實施例共采用32個換能器組成一個U型陣。本發明所述的這種淺水多波束聲納U型發射陣實現方法，包括如下步驟步驟一根據工作中心頻率f及陶瓷顆粒的縱向聲速ν確定陶瓷顆粒的高度h，即 h = ν/(2f)，之后確定陶瓷顆粒的長度a和寬度b ；步驟二 根據所需的帶寬選擇陶瓷顆粒與匹配層之間的占空比Y，占空比是指陶瓷顆粒與匹配層粘接的面積與匹配層面積之比；
步驟三根據所需的指向性設計U型陣的陣形，這里選用懸鏈線陣型y(x)= (cosh (Αχ)-1) /A,以實現邊緣波束比中心波束高12 15dB ；其中χ表示陣形的橫坐標，y表示陣形的縱坐標，A為陣形參數，決定了陣形的縱橫比例關系；步驟四根據占空比選擇支撐骨架底盤的厚度t、橫擋的厚度d，使得(a*b)/ ((a+d)*(b+2t)) = Y，后擋的形狀由步驟三中公式所確定，用來定位陶瓷顆粒，硬質泡沫條(硬質泡沫8)用來使陶瓷顆粒與后擋去耦；步驟五按步驟三、四計算的尺寸加工一個支撐骨架，再加工一個帶有銷釘孔的U 型鐵心，套合在支撐骨架內部，用于多個U型鐵心的定位；步驟六把陶瓷顆粒放入支撐骨架的橫擋之中，并把陶瓷顆粒的正、負極用導線并聯起來；步驟七蓋上上蓋板，澆注匹配層，并把匹配層打磨到相應的厚度和高度；步驟八重復步驟五至步驟七，這樣可以得到多個匹配層U型換能器。步驟九用銷釘把多個匹配層U型換能器通過定位鐵環上的銷釘孔上下同心裝配好，且在每兩個匹配層U型換能器之間插入一層去耦軟木橡皮。步驟十在裝配好的匹配層U型換能器外部灌注聚胺脂水密層，其厚度不小于 3mm ο所述陶瓷顆粒的高度是其長和寬中最大尺度的1. 5倍以上。百分比帶寬為30%時取γ =0.7左右，百分比帶寬達到60%時取γ =0.5左右。除上述實施例外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種淺水多波束聲納U型發射陣實現方法，其特征是包括如下步驟步驟一根據工作中心頻率f及陶瓷顆粒的縱向聲速V確定陶瓷顆粒的高度h，即h = ν/(2f)，之后確定陶瓷顆粒的長度a和寬度b ；步驟二 根據所需的帶寬選擇陶瓷顆粒與匹配層之間的占空比Y，占空比是指陶瓷顆粒與匹配層粘接的面積與匹配層面積之比；步驟三根據所需的指向性設計U型陣的陣形，選用懸鏈線陣型y (χ)= (cosh(Ax)-1)/A,以實現邊緣波束比中心波束高12 15dB ；其中χ表示陣形的橫坐標，y表示陣形的縱坐標，A為陣形參數，決定了陣形的縱橫比例關系；步驟四根據占空比選擇支撐骨架底盤的厚度t、橫擋的厚度d，使得(a*b)/ ((a+d)*(b+2t)) = Y，后擋的形狀由步驟三中公式所確定，用來定位陶瓷顆粒，硬質泡沫條用來使陶瓷顆粒與后擋去耦；步驟五按步驟三、四計算的尺寸加工一個支撐骨架，再加工一個帶有銷釘孔的U型鐵心，套合在支撐骨架內部，用于多個U型鐵心的定位；步驟六把陶瓷顆粒放入支撐骨架的橫擋之中，并把陶瓷顆粒的正、負極用導線并聯起來；步驟七蓋上上蓋板，澆注匹配層，并把匹配層打磨到相應的厚度和高度； 步驟八重復步驟五至步驟七，這樣得到多個匹配層U型換能器； 步驟九用銷釘把多個匹配層U型換能器通過定位鐵環上的銷釘孔上下同心裝配好， 且在每兩個匹配層U型換能器之間插入一層去耦軟木橡皮；步驟十在裝配好的匹配層U型換能器外部灌注聚胺脂水密層，其厚度不小于3mm。
2.根據權利要求1所述的淺水多波束聲納U型發射陣實現方法，其特征是所述陶瓷顆粒的高度是其長和寬中最大尺度的1. 5倍以上。
3.根據權利要求1所述的淺水多波束聲納U型發射陣實現方法，其特征是百分比帶寬為30%時，取γ = 0.7，百分比帶寬達到60%時取γ =0.5。
全文摘要
本發明涉及一種淺水多波束聲納U型發射陣實現方法，本發明首先利用匹配層來激發偶次模態，拓展換能器的帶寬；其次利用匹配層來構建一個U型輻射面，以實現邊緣波束比中心波束高12～15dB；最后還利用了多個換能器上下同心堆疊，以達到垂直維束控的目的。本發明有益的效果具有結構簡單、工藝可靠、帶寬寬、水平波束局部起伏小、可垂直束控、電聲效率高的優點。
文檔編號G01S7/524GK102176007SQ201010619528
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者胡青, 裘洪兒, 鄭震宇 申請人:中國船舶重工集團公司第七一五研究所