專利名稱：對接陣的制作方法
技術領域：
本發明涉及水聲的仿真測試技術領域，尤其涉及一種對接陣。
背景技術：
對接陣法仿真是水下航行器系統仿真的一個重要手段，其設計思想是將目標仿真系統產生的數字信號(仿真目標回波聲場、噪聲場、混響場等)，通過D/A轉換成模擬信號，經匹配放大后通過對接陣發送給被測聲傳感器，從而構成被測聲制導系統的試驗室仿真環境。現有的仿真系統主要包括兩種，一是采用單個換能器的仿真系統，其產生的不是平行波束，精度差，相互耦合干擾大，只能產生O度方位聲波，相頻特性，幅頻特性差，而且只能做定性仿真。同時需要一定發射距離，檢測條件嚴格。二是采用與被測聲基陣共形的對接陣法，則相對簡潔方便，精度高，相頻特性，幅頻特性好，但其中不可避免地存在著交叉耦合，并且機械解耦十分困難。交叉耦合是指當對接陣發射信號時，由于多個陣元之間的輻射聲信號在介質中擴散傳播，相互疊加，造成被測的換能器基陣各通道接收到的聲信號相位發生變化，接收的信號不能正確反映所攜帶的信息，主要是指幅度和相位信息。交叉耦合是影響對接陣性能的主要因素，機械耦合的精確程度直接影響仿真的效果，其機理、可行性和通用性一直是困擾對接陣仿真方法廣泛應用的難題。現有的被測聲制導系統中的聲自導換能器基陣多為平面陣，基陣陣元采用為縱振式復合棒型換能器，它以較小的重量和體積獲得大的聲能密度而廣泛用于水聲和超聲技術中。因此，為了與被測聲基陣共形，對接陣也采用平面陣，陣元采用縱振式復合棒型換能器。縱振式復合棒型換能器振動時，其表面的振速分布是均勻的，可以看成一平面活塞沿軸作一維縱向振動，當聲對接陣與 被測聲基陣間加入匹配層時，即產生聲波的擴散傳播，使對接陣的幅度和相位特性變差。
發明內容
本發明的目的是提供一種對接陣，可以有效解決機械耦合問題，具有較好的幅度和相位特性。為實現上述目的，本發明提供了一種對接陣，所述對接陣包括:發射換能器和匹配層；所述發射換能器基陣，包括多個發射換能器，所述發射換能器的位置分布與所述被測聲基陣中的聲傳感器鏡像對應；所述匹配層，位于所述換能器基陣與所述被測聲基陣之間，所述發射換能器基陣通過所述匹配層與所述被測聲基陣相接。進一步的，所述發射換能器采用半徑為5mm±0.05的圓形換能器。進一步的，所述發射換能器嵌入于吸聲材料中。進一步的，所述吸聲材料為橡膠吸聲材料。
進一步的，所述吸聲材料為尖劈外形。進一步的，所述發射換能器相鄰兩個之間通過反聲材料加以間隔。進一步的，所述匹配層采用與所述被測聲基陣的硫化層相同的透聲橡膠材料。進一步的，所述匹配層的厚度為2mm 4mm。進一步的，所述匹配層與所述被測聲基陣之間還包括超聲耦合劑層，在使用時，該超聲耦合劑層均勻分布在所述匹配層與被測聲基陣之間。本發明提供的對接陣，利用工作頻帶寬、效率高的發射換能器，采用與被測聲基陣的陣元一一對應的陣元分布，有效地解決了機械耦合問題，使得發射換能器的各陣元形成各自獨立的聲信道，產生入射到被測聲基陣的不同方向的平面波信號，具有較好的幅度和相位特性。
圖1為本發明實施例提供的對接陣的結構示意
圖2為圖1中A的局部放大圖；圖3為本發明實施例提供的發射換能器的電納測試曲線圖；圖4為本發明實施例提供的發射換能器的電容的測試曲線圖；圖5為本發明實施例提供的單個發射換能器與吸聲材料的裝配關系圖；圖6為本發明實施例提供的對接陣的內部結構示意圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。圖1是本實施例提供的對接陣的結構示意圖，如圖1和圖2所示，本發明的對接陣包括:發射換能器基陣I和匹配層2。發射換能器基陣I包括多個發射換能器11、對接陣底座12和吸聲材料13。在本發明實施例中采用37個發射換能器11組成，發射換能器11的位置分布與被測聲基陣中的聲傳感器鏡像對應，以實現發射換能器11與被測聲基陣3的聲匹配。為了獲得比較好的仿真效果，要求對接陣的各個發射換能器11具備和被測聲基陣3相適應的工作帶寬，并具有較好的相位和幅度一致性。本發明實施例的發射換能器11采用工作頻帶在25kHz 35kHz內，諧振頻率在90kHz附近的發射換能器，通常取值范圍為90±10kHz。在對接陣工作時，由于對接陣與被測聲基陣3緊密貼合，信號衰減小，因而，可以選用發射功率小，半徑小的換能器。在相同的徑向距離點時，小半徑活塞面的聲振幅遠小于大半徑活塞面的聲振幅，換能器輻射面半徑愈小，輻射聲能量就愈集中于活塞輻射面內，可以有效地減少陣元間的交叉耦合影響。在本發明實施例中，選用半徑為5±0.05_，工作頻帶在25kHz 35kHz內，諧振頻率在90kHz附近的圓形換能器，如圖3和圖4所示為本發明實施例的發射換能器的電納和電容的測試曲線，可以看出，在90kHz附近時該換能器的電納在5000000ns 6000000ns之間，電容為±4500pf左右，該換能器可以在25kHz 35kHz范圍內工作穩定，且具有良好的一致性，靈敏度好。本發明由于選用諧振頻率較高的發射換能器，并在其低頻區段工作，可以改善現有的對接陣對發射換能器的帶寬和一致性要求高的問題。經測試，本發明的對接陣可以25kHz 35kHz工作頻帶內，各單元相頻特性^ 5°，幅頻特性<3dB。各個發射換能器11之間，以及發射換能器11與對接陣底座12之間均填充有吸聲材料13，相當于將各個發射換能器11嵌入于吸聲材料13中。吸聲材料13選用橡膠吸聲材料，其性能指標:在25KC 35KC的范圍內，對聲波的吸收率達到85% 90%。為了進一步提高吸聲效率，吸聲材料13還可以設計成尖劈外形，如圖5所示。匹配層2位于發射換能器基陣I與被測聲基陣3之間，用以模擬介質聲阻抗特性。在測試時，發射換能器基陣I通過匹配層2與被測聲基陣3相對接。在對接陣工作時，聲信號透過匹配層2和被測聲基陣3的硫化層，傳遞給被測聲基陣3的聲換能器。聲波在通過不同介質界面時，存在聲波的反射和透射。為提高被測接收信號的品質，應盡量降低層與層之間的反射，提聞透射能力。在本發明實施例中，匹配層2采用與被測聲基陣3的硫化層相同的材料，可以降低層與層之間的反射，提高透射能力。目前在水聲工程中，被測聲基陣3的硫化層主要采用澆注型橡膠，它具有較小的縱波衰減系數，耐老化，有良好的粘接性，阻抗特性與介質相近。當兩種介質的阻抗特性越接近，界面反射越小，因而，匹配層2采用與被測聲基陣3的硫化層相同的透聲橡膠材料。另外，在一定頻率下進行透射測量時，匹配層2的厚度越薄，透聲效果越好，考慮對接裝置的強度、硫化橡膠的彈性柔度等因素，匹配層2的厚度為2_ 4_。可選地，匹配層2與被測聲基陣3之間還包括超聲耦合劑層4。在實際使用時，采用具有良好透聲效果和一定粘稠度的醫用超聲耦合劑均勻涂抹在對接裝置與被測聲基陣之間，提高對接裝置與被測聲基陣的貼合程度，提高接收的聲信號的品質。為了進一步消除發射換能器之間的耦合，發射換能器11相鄰兩個之間通過反聲材料加以間隔。如圖6所示，在發射換能器11之間采用反聲材料14加以間隔，反聲材料14的厚度為Imm左右，通常為I ±0.5_，再與對接陣底座12—起硫化成完整的對接陣，發射換能器11的導線15穿過對接陣底座12由統一接口與外部相接。由于發射換能器11與對接陣底座12之間有吸聲材料13，發射換能器11與對接陣底座12沒有剛性接觸，每個發射換能器11作為獨立的振子可以自由振動，可以進一步降低換能器陣元之間的耦合。通過硫化的方式將發射換能器11與對接陣底座12合成一體，較好地解決了發射換能器之間的耦合問題。發射換能器11作為一種電聲轉換元件,每個發射換能器11對應為一個陣元，由于各個陣元并非完全的有限束場，各個陣元的聲輻射并不完全在陣元平面內，由若干發射換能器11組成的發射換能器基陣I在工作時各個陣元間的交叉耦合、互輻射作用必然會對彼此之間產生影響。因而，在對接陣進行裝置布陣和結構設計時，采用反聲材料加以間隔，采用吸聲材料，采用與被測聲基陣3的硫化層相同材料的匹配層，以及采用與對接陣底座12一體硫化等有效的方法，使各個陣元間的交叉耦合降至最小。當通過本發明的對接陣發射單通道信號時，對比采集的被測聲基陣對應通道及該通道周邊相鄰通道的接收信號幅度，對應通道的接收信號強度遠大于該通道周邊相鄰通道的接收信號。通過對接陣發送具有一定方向性的輸入信號，被測聲基陣接收后經數據處理，得到的信號方向與對接陣發送的輸入信號方向具有很好的一致性，角度誤差小于0.1度。另外，對接陣 還包括連接夾具5，連接夾具5與發射換能器基陣I相接，并使得發射換能器基陣I在測試時通過匹配層2與被測聲基陣3緊密相連接。
本發明提供的對接陣，具有工作頻帶寬、相位和幅度一致性好、陣元之間耦合小、操作靈活的特點。利用工作頻帶寬、效率高的發射換能器，采用與被測聲基陣的陣元一一對應的陣元分布，有效地解決了機械耦合問題，使得發射換能器的各陣元形成各自獨立的聲信道，產生入射到被測聲基陣的不同方向的平面波信號，具有較好的幅度和相位特性。經過試驗結果表明，本發明的對接陣仿真精度高，系統工作穩定可靠，較好地解決了對接陣的發射換能器之間的耦合問題。以上所述的具體實施方式
，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式
而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍 之內。
權利要求
1.一種對接陣，用于測試被測聲基陣，其特征在于，所述對接陣包括:發射換能器和匹配層； 所述發射換能器基陣，包括多個發射換能器，所述發射換能器的位置分布與所述被測聲基陣中的聲傳感器鏡像對應； 所述匹配層，位于所述換能器基陣與所述被測聲基陣之間，所述發射換能器基陣通過所述匹配層與所述被測聲基陣相接。
2.根據權利要求1所述的對接陣，其特征在于，所述發射換能器采用半徑為5mm±0.05的圓形換能器。
3.根據權利要求1所述的對接陣，其特征在于，所述發射換能器嵌入于吸聲材料中。
4.根據權利要求3所述的對接陣，其特征在于，所述吸聲材料為橡膠吸聲材料。
5.根據權利要求3所述的對接陣，其特征在于，所述吸聲材料為尖劈外形。
6.根據權利要求1所述的對接陣，其特征在于，所述發射換能器相鄰兩個之間通過反聲材料加以間隔。
7.根據權利要求1所述的對接陣，其特征在于，所述匹配層采用與所述被測聲基陣的硫化層相同的透聲橡膠材料。
8.根據權利要求1或7所述的對接陣，其特征在于，所述匹配層的厚度為2mm 4_。
9.根據權利要求1所述的對接陣，其特征在于，所述匹配層與所述被測聲基陣之間還包括超聲耦合劑層，在使 用時，該超聲耦合劑層均勻分布在所述匹配層與被測聲基陣之間。
全文摘要
本發明涉及一種對接陣，所述對接陣包括發射換能器和匹配層；所述發射換能器基陣，包括多個發射換能器，所述發射換能器的位置分布與所述被測聲基陣中的聲傳感器鏡像對應；所述匹配層，位于所述換能器基陣與所述被測聲基陣之間，所述發射換能器基陣通過所述匹配層與所述被測聲基陣相接。本發明的對接陣利用工作頻帶寬、效率高的發射換能器，采用與被測聲基陣的陣元一一對應的陣元分布，可以有效解決機械耦合問題，具有較好的幅度和相位特性。
文檔編號B06B1/00GK103230865SQ20131006633
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者李 和, 王德濱, 楊樹元 申請人:北京中科信芯科技有限責任公司