本實用新型屬于壓差式水聽器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓差式水聽器及壓差式水聽裝置。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，壓差式水聽器的應(yīng)用技術(shù)也逐漸發(fā)展成熟。壓差式水聽器由于其能夠?qū)⑺虏煌荻葔毫λa(chǎn)生聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而能夠根據(jù)不同的電信號差值而得到水下的壓力梯度，進而已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中，壓差式水聽器的換能材料絕大多數(shù)仍通過復(fù)合材料制成，并通過設(shè)置足夠大的電容量，以達到較高的接收靈敏度和對壓強的測量精度，進而才能夠得到精確的壓力梯度。但較大的電容量導(dǎo)致壓差式水聽器需要制成較大的尺寸。而由于壓差式水聽器體積過大，嚴(yán)重影響了壓差式水聽器使用的便攜性和適用性。因此，如何通過技術(shù)的改進，能夠使微型或中型體積的壓差式水聽器能夠具有較高的接收靈敏度和對壓強的測量精度是目前業(yè)界一大難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種壓差式水聽器及壓差式水聽裝置。以有效地改善微型或中型體積的差壓式水聽器的接收靈敏度和對壓強的測量精度。

本實用新型的實施例是這樣實現(xiàn)的：

第一方面，本實用新型實施例提供了一種壓差式水聽器，包括：條狀換能晶片、外殼、第一透聲密封片、第二透聲密封片和導(dǎo)線，所述外殼為管狀結(jié)構(gòu)，所述外殼套設(shè)所述條狀換能晶片，所述條狀換能晶片的兩端均鍍有導(dǎo)電材料，所述第一透聲密封片套設(shè)所述外殼的一端，所述第二透聲密封片套設(shè)所述外殼的另一端，所述條狀換能晶片的兩端通過導(dǎo)線分別與外部負(fù)載耦合。所述第一透聲密封片用于將所述條狀換能晶片和外部環(huán)境隔離，并將水中的第一聲信號傳輸?shù)剿鰲l狀換能晶片的一端。所述第二透聲密封片用于將所述條狀換能晶片和外部環(huán)境隔離，并將水中的第二聲信號傳輸?shù)剿鰲l狀換能晶片的另一端。所述條狀換能晶片均用于通過其一端接收所述第一透聲密封片輸入的所述第一聲信號和其另一端接收所述第二透聲密封片輸入的所述第二聲信號，并將所述第一聲信號轉(zhuǎn)換為第一電信號輸出到所述外部負(fù)載和將所述第二聲信號轉(zhuǎn)換為第二電信號輸出到所述外部負(fù)載，以使所述外部負(fù)載通過比較所述第一聲信號和所述第二聲信號差值而得到壓力梯度。

進一步的，所述條狀換能晶片包括：鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛-鋯鈦酸鉛、鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛或其衍生組分弛豫鐵電單晶制成。

進一步的，所述條狀換能晶片為鉛基弛豫單晶片，所述單晶片的工作模式為[011]晶向極化，橫向d₃₂([100]晶向)或d₃₁([0-11]晶向)驅(qū)動。

進一步的，所述條狀換能晶片的一端和所述導(dǎo)線具有兩個耦合點，所述條狀換能晶片的另一端和所述導(dǎo)線具有兩個耦合點。

進一步的，所述外殼包括：聲阻尼外殼和保護殼，所述聲阻尼外殼套設(shè)所述條狀換能晶片，所述保護殼套設(shè)所述聲阻尼外殼。

進一步的，所述聲阻尼外殼和所述保護殼均為管狀結(jié)構(gòu)。

第二方面，本實用新型實施例還提供了一種壓差式水聽裝置，包括：本體、多個空腔以及多個所述壓差式水聽器；每個所述空腔均貫穿所述本體，每個所述空腔與相鄰的所述空腔均具有夾角，每個所述壓差式水聽器均設(shè)置于所述空腔中。

進一步的，每個所述空腔的形狀大小均和所述壓差式水聽器的形狀大小匹配。

進一步的，所述本體為柱狀結(jié)構(gòu)，所述空腔為兩個，兩個所述空腔相互垂直。

進一步的，所述本體為球體，所述空腔為三個，每個所述空腔均和相鄰的兩個空腔具有60°夾角。

本實用新型實施例的有益效果是：通過外殼的管狀結(jié)構(gòu)，外殼便能套設(shè)條狀換能晶片。通過將條狀換能晶片的兩端均鍍上導(dǎo)電材料，從而使條狀換能晶片的電極在中間隔斷，并以使條狀換能晶片的兩端分別具有極性。通過第一透聲密封片套設(shè)外殼的一端，而再通過第二透聲密封片套設(shè)外殼的另一端，并通過將條狀換能晶片的兩端均通過導(dǎo)線和外部負(fù)載耦合。從而便實現(xiàn)了將換能晶片在水下密封的同時和外部負(fù)載也實現(xiàn)了耦合。

第一透聲密封片通過將條狀換能晶片和外部環(huán)境隔離，并將水中的聲信號傳輸?shù)綏l狀換能晶片。條狀換能晶片便能夠通過其一端接收第一透聲密封片輸入的第一聲信號。條狀換能晶片的電極在中間被隔斷，從而條狀換能晶片的一端所接收第一透聲密封片輸入的第一聲信號在轉(zhuǎn)換為第一電信號后便由條狀換能晶片的一端輸出到外部負(fù)載。第二透聲密封片通過將條狀換能晶片和外部環(huán)境隔離，并將水中的聲信號傳輸?shù)綏l狀換能晶片。條狀換能晶片便均能夠通過其另一端接收第二透聲密封片輸入的第二聲信號。條狀換能晶片的電極在中間被隔斷，從而條狀換能晶片的另一端所接收第二透聲密封片輸入的第二聲信號在轉(zhuǎn)換為第二電信號后便由條狀換能晶片的另一端輸出到外部負(fù)載。而由于條狀換能晶片兩端所在位置的不同，所接收到第一聲信號和第二聲信號也不同。由于所接收到的第一聲信號和第二聲信號的不同，從而輸入到外部負(fù)載的第一電信號和第二電信號也不同，進而外部負(fù)載通過計算第一電信號和第二電信號的差值便能夠?qū)?yīng)計算出條狀換能晶片兩端之間的壓力梯度。

由于壓差式水聽器中條狀換能晶片被外殼套設(shè)，而外殼又為管狀結(jié)構(gòu)，從而條狀換能晶片的兩端便是未被外殼所封閉的自由端。由于條狀換能晶片的兩端自由，從而條狀換能晶片的兩端均能接收聲信號，進而壓差式水聽器的條狀換能晶片能夠以半波長的方式對聲信號進行接收。由于其半波長的接收方式，從而有效增大的其接收的頻率范圍，且采用的壓電晶片具有比常用壓電陶瓷更高的橫向壓電系數(shù)和與水介質(zhì)更接近的聲阻抗特征，從而能大幅提高壓差式水聽器接收靈敏度和對壓強的測量精度。由于其為接收方式和聲敏感元件工作模式的改變，從而能夠有效的提高微型體積的壓差式水聽器的接收靈敏度和對壓強的測量精度。

本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型實施例而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一部分實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本實用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。

圖1示出了本實用新型實施例提供的一種壓差式水聽器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了本實用新型實施例提供的一種壓差式水聽裝置的第一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了本實用新型實施例提供的一種壓差式水聽裝置的第二實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：100-壓差式水聽器；110-條狀換能晶片；120-外殼；121-聲阻尼外殼；122-保護殼；130-第一透聲密封片；140-第二透聲密封片；150-導(dǎo)線；200-壓差式水聽裝置；210-本體；220-空腔；300-壓差式水聽裝置；310-本體；320-空腔。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。

因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“頂”、“底”、“側(cè)”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該實用新型產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義

請參閱圖1，本實用新型實施例提供了一種壓差式水聽器100，壓差式水聽器100包括：條狀換能晶片110、外殼120、第一透聲密封片130、第二透聲密封片140和導(dǎo)線150。

在本實施例中，壓差式水聽器100可以為橫向的工作模式，從而條狀換能晶片110可以由：鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)、鈮鎂酸鉛-鋯鈦酸鉛(PMN-PZT)、鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PIN-PMN-PT)或其衍生組分等馳豫鐵電單晶所制成的柱狀結(jié)構(gòu)。由于鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)、鈮鎂酸鉛-鋯鈦酸鉛(PMN-PZT)、鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PIN-PMN-PT)等材料具有極高的橫向壓電常數(shù)，比如PZN-PT的橫向壓電常數(shù)d32≈-(3000～4000)pC/N、橫向壓電常數(shù)d31≈1100pC/N。且此PZN-PT的聲阻抗約為7MRayls，該聲阻抗和水的聲阻抗較接近。因此，上述的材料非常適合制作高接收靈敏度的條狀換能晶片110，從而能夠具有更高的靈敏度。

條狀換能晶片110的兩端均鍍有導(dǎo)電材料。由于導(dǎo)電材料只覆蓋了條狀換能晶片110的兩端，從而條狀換能晶片110的電極在中間被隔斷，從而條狀換能晶片110的兩端均通過所鍍有的導(dǎo)電材料而單獨具有極性。從而條狀換能晶片110的兩端均能夠單獨將聲信號轉(zhuǎn)化為電信號，條狀換能晶片110的兩端形成的電信號也分別由條狀換能晶片110的兩端分別單獨輸出。在本實施例中，導(dǎo)電金屬可以為：銀、銅、金、鋁、鎢、鎳和鐵等。

作為一種方式，當(dāng)壓差式水聽器100在淺水域進行使用時，條狀換能晶片110可以為工作方式為[011]晶向極化，而通過(100)面進行聲信號傳感的橫向振型鉛基弛豫單晶片，從而使水聽器100在淺水域中能夠具有測量聲信號的高靈敏度。而當(dāng)壓差式水聽器100在深海域進行使用時，條狀換能晶片110可以為[011]晶向極化d31模式，而通過(0-11)面進行聲信號傳感的橫向振型鉛基弛豫單晶片，從而以保證壓差式水聽器100在深海域中工作穩(wěn)定性的情況下還具有對聲信號測量的高靈敏度。需要說明的是，(100)面可以為條狀換能晶片110的兩端，而(0-11)面可以為條狀換能晶片110的側(cè)壁。

外殼120包括：聲阻尼外殼121和保護殼122，聲阻尼外殼121和保護殼122均可以為管狀結(jié)構(gòu)。聲阻尼外殼121能夠套設(shè)條狀換能晶片110，并使條狀換能晶片110的兩端能夠位于聲阻尼外殼121兩端的開口處。聲阻尼外殼121內(nèi)徑的形狀大小和條狀換能晶片110的形狀大小匹配，從而聲阻尼外殼121便能夠緊密的套設(shè)條狀換能晶片110?？蛇x的，聲阻尼外殼121可以由聲阻尼的橡膠材料制成。通過聲阻尼外殼121將條狀換能晶片110套設(shè)后，聲阻尼外殼121隔絕了聲信號。水中的聲信號便只能從條狀換能晶片110未被套設(shè)的兩端輸入，從而條狀換能晶片110的兩端便能夠均形成接收聲信號的自由端，進而條狀換能晶片110便能夠以半波長的方式接收聲信號。

保護殼122的內(nèi)徑大小和聲阻尼外殼121的形狀大小匹配，從而保護殼122便能夠通過再套設(shè)聲阻尼外殼121，以對聲阻尼外殼121和條狀換能晶片110能夠形成保護，并能夠隔絕聲阻尼外殼121和條狀換能晶片110和水的接觸。由于保護殼122的兩端均具有開口，從而需要通過第一透聲密封片130將保護殼122的一端封閉，而再通過第二透聲密封片140將保護殼122的另一端封閉，進而形成全封閉的結(jié)構(gòu)。第一透聲密封片130的形狀大小和保護殼122一端開口的形狀大小匹配。從而將第一透聲密封片130的邊緣和保護殼122一端的開口固定連接，第一透聲密封片130便能夠?qū)⒈Ｗo殼122一端的開口密封。第二透聲密封片140的形狀大小和保護殼122另一端開口的形狀大小匹配。從而將第二透聲密封片140的邊緣和保護殼122另一端的開口固定連接，第二透聲密封片140便能夠?qū)⒈Ｗo殼122另一端的開口密封。通過第一透聲密封片130將保護殼122的一端封閉和再通過第二透聲密封片140將保護殼122的另一端封閉，壓差式水聽器100便能夠形成全封閉的結(jié)構(gòu)，從而和水隔絕。由于聲信號的傳輸能夠穿過第一透聲密封片130和第二透聲密封片140，從而水中的聲信號便能夠通過第一透聲密封片130和第二透聲密封片140分別輸入條狀換能晶片110兩端。條狀換能晶片110兩端通過分別接收到聲信號，便能夠?qū)⒎謩e接收到聲信號分別轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號。

條狀換能晶片110的兩端分別通過導(dǎo)線150和外部負(fù)載耦合。條狀換能晶片110的一端通過導(dǎo)線和外部負(fù)載耦合后，條狀換能晶片110便能夠?qū)⒁欢水a(chǎn)生的第一電信號通過導(dǎo)線輸出到外部負(fù)載。條狀換能晶片110的另一端通過導(dǎo)線和外部負(fù)載耦合后，條狀換能晶片110便能夠?qū)⒘硪欢水a(chǎn)生的第二電信號通過導(dǎo)線輸出到外部負(fù)載。

外部負(fù)載通過計算第一電信號和第二電信號差值所對應(yīng)的壓強差值，便能夠得到壓差式水聽器100的兩端分別所檢測到的水中的壓強值的差值。需要說明的是，導(dǎo)線150通過分別穿過第一透聲密封片130和第二透聲密封片140與條狀換能晶片110耦合，從而第一透聲密封片130和第二透聲密封片140均設(shè)有與導(dǎo)線150的口徑所匹配的通孔，進而導(dǎo)線150通過分別穿過第一透聲密封片130的通孔和第二透聲密封片140的通孔與條狀換能晶片110耦合后，由于其口徑匹配，壓差式水聽器100仍然能夠保持完全密封的狀態(tài)。

請參閱圖2，本實用新型實施例還提供一種壓差式水聽裝置200。該壓差式水聽裝置200包括：本體210、空腔220和壓差式水聽器100。作為一種方式，壓差式水聽裝置200中的空腔220可以為多個，而和空腔220對應(yīng)的壓差式水聽器100也可以為多個。從而通過多個壓差式水聽器100的測量，便可測量多個方向的壓力梯度，進而可以得到更為準(zhǔn)確壓力梯度測量值。每個空腔220的形狀大小均和壓差式水聽器100的形狀大小匹配，從而每個壓差式水聽器100均能夠設(shè)置于空腔220中。每個空腔220均貫穿本體210，以保證壓差式水聽器100的兩端均能夠接收聲音信號。每個空腔220與相鄰的空腔220均具有夾角，從而壓差式水聽裝置200便能夠?qū)崿F(xiàn)多個方向的聲音信號的測量，通過綜合處理多個方向所測得的聲音信號，進而也可以得到多個方向的壓力梯度，進而可以得到更為準(zhǔn)確壓力梯度測量值。

如圖2所示，圖2示出了實施例提供一種壓差式水聽裝置200的第一實施方式。本體210可以為圓柱體，空腔220的數(shù)量為兩個，相對應(yīng)的壓差式水聽器100的數(shù)量也為兩個。每個空腔220均設(shè)置在本體210的頂端和底端之間，兩個空腔220所貫穿的方向正交，且兩個空腔220所貫穿的方向分別與本體210的頂端和底端平行。每個壓差式水聽器100均設(shè)置于所對應(yīng)的空腔220中，從而壓差式水聽裝置200便能夠?qū)崿F(xiàn)對相互正交的兩個方向的二維聲音信號的測量，進而壓差式水聽裝置200便能夠測量到相互正交的兩個方向的二維壓力梯度。

如圖3，圖3示出了實施例提供一種壓差式水聽裝置300的第二實施方式。本體310可以為球體，空腔320的數(shù)量為三個，相對應(yīng)的壓差式水聽器100的數(shù)量也為三個。每個空腔320均設(shè)置在本體310內(nèi)，且三個空腔320能夠圍成等邊三角形。每個空腔320所貫穿的方向和相鄰空腔320的貫穿方向形成60°的夾角。每個壓差式水聽器100均設(shè)置于所對應(yīng)的空腔220中，從而壓差式水聽裝置200便能夠?qū)崿F(xiàn)對相互形成60°夾角的三個方向的三維聲音信號的測量，進而壓差式水聽裝置200便能夠測量到相互形成60°夾角的三個方向的三維壓力梯度。

綜上所述，本實用新型實施例提供了一種差壓式水聽器100及壓差式水聽裝置200。通過外殼120的管狀結(jié)構(gòu)，外殼120便能套設(shè)條狀換能晶片110。通過將條狀換能晶片110的兩端均鍍上導(dǎo)電材料，從而使條狀換能晶片110的電極在中間隔斷，并以使條狀換能晶片110的兩端分別具有極性。通過第一透聲密封片130套設(shè)外殼120的一端，而再通過第二透聲密封片140套設(shè)外殼120的另一端，并將條狀換能晶片110的兩端均通過導(dǎo)線150和外部負(fù)載耦合。從而實現(xiàn)了將條狀換能晶片110在水下密封的同時和外部負(fù)載也實現(xiàn)了耦合。

第一透聲密封片130通過將條狀換能晶片110和外部環(huán)境隔離，并將水中的聲信號傳輸?shù)綏l狀換能晶片110。條狀換能晶片110便均能夠通過其一端接收第一透聲密封片130輸入的第一聲信號。條狀換能晶片110的電極在中間被隔斷，從而條狀換能晶片110的一端所接收第一透聲密封片130輸入的第一聲信號在轉(zhuǎn)換為第一電信號后便由條狀換能晶片110的一端輸出到外部負(fù)載。第二透聲密封片140通過將條狀換能晶片110和外部環(huán)境隔離，并將水中的聲信號傳輸?shù)綏l狀換能晶片110。條狀換能晶片110便均能夠通過其另一端接收第二透聲密封片140輸入的第二聲信號。條狀換能晶片110的電極在中間被隔斷，從而條狀換能晶片110的另一端所接收第二透聲密封片140輸入的第二聲信號在轉(zhuǎn)換為第二電信號后便由條狀換能晶片110的另一端輸出到外部負(fù)載。而由于條狀換能晶片110兩端所在位置的不同，所接收到第一聲信號和第二聲信號也不同。由于所接收到的第一聲信號和第二聲信號的不同，從而輸入到外部負(fù)載的第一電信號和第二電信號也不同，進而外部負(fù)載通過計算第一電信號和第二電信號的差值便能夠?qū)?yīng)計算出條狀換能晶片110兩端之間的壓力梯度。

由于壓差式水聽器100中條狀換能晶片110被外殼120套設(shè)，而外殼120又為管狀結(jié)構(gòu)，從條狀而換能晶片110的兩端便是未被外殼120所封閉的自由端。由于條狀換能晶片110的兩端自由，從而條狀換能晶片110的兩端均能接收聲信號，進而壓差式水聽器100的條狀換能晶片110能夠以半波長的方式對聲信號進行接收。由于其半波長的接收方式，從而有效增大的其接收的頻率范圍，且采用的壓電晶片具有比常用壓電陶瓷更高的橫向壓電系數(shù)和與水介質(zhì)更接近的聲阻抗特征，從而能大幅提高壓差式水聽器接收靈敏度和對壓強的測量精度。由于其為接收方式和聲敏感元件工作模式的改變，從而能夠有效的提高微型體積的壓差式水聽器100的接收靈敏度和對壓強的測量精度。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。