大尺寸平面換能器陣透聲窗及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水聲工程技術(shù)，具體地，涉及大尺寸平面換能器陣透聲窗及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)傳統(tǒng)換能器透聲窗用的包覆材料多為橡膠或聚氨酯材料，此類材料在海水中長期浸泡后，由于受海水腐蝕，海生物生長及自身滲水率影響，換能器自身壽命較短，因此將換能器透聲材料改為金屬，將大大提高其壽命和可靠性。
[0003]常用換能器透聲窗用的金屬材料一般為奧氏體不銹鋼及鈦合金，不銹鋼加工，焊接性能優(yōu)良，但重量較重，抗腐蝕性能，透聲性能也遠不如鈦合金。但鈦合金材料價格昂貴，加工難度較高，因此在大尺寸換能器的應(yīng)用上需綜合考慮其特點進行設(shè)計。
[0004]在應(yīng)用到一種大尺寸平面陣換能器時，鈦合金板材由于透聲需要不能設(shè)計過厚，由此造成透聲窗結(jié)構(gòu)強度不夠，而結(jié)構(gòu)強度不足又直接給換能器密封及板材透聲時自身的受迫振動帶來的影響，從而影響整個換能器的性能。因此需要設(shè)計一種透聲性能良好，結(jié)構(gòu)剛性高，可靠性高，并不對安裝拆卸產(chǎn)生影響的透聲窗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種大尺寸平面換能器陣透聲窗及系統(tǒng)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明一個方面提供的大尺寸平面換能器陣透聲窗，包括透聲膜和圍框；
[0007]其中，所述透聲膜連接所述圍框的一側(cè)面;所述透聲膜設(shè)置有封閉彈性槽；
[0008]所述圍框的外緣設(shè)置有散熱臺階邊框。
[0009]優(yōu)選地，所述散熱臺階邊框與所述透聲膜的厚度相同。
[0010]優(yōu)選地，所述透聲膜采用工業(yè)純鈦TA2制成;所述圍框采用剛性矩形結(jié)構(gòu)件。
[0011]優(yōu)選地，所述透聲膜的厚度為I?2mm;
[0012]所述封閉彈性槽的槽深約3mm，沖壓彎曲角為120°，倒角約R1mm。
[0013]優(yōu)選地，所述透聲膜與所述圍框之間采用焊接連接；
[0014]當燒焊時，采用激光低溫機器焊接。
[0015]優(yōu)選地，當焊接完成后，通過熱處理所述透聲窗消除應(yīng)力。
[0016]根據(jù)本發(fā)明另一個方面提供的大尺寸平面換能器陣透聲窗系統(tǒng)，包括所述的大尺寸平面換能器陣透聲窗;還包括換能器和緊固件；
[0017]其中，所述大尺寸平面換能器陣透聲窗通過密封圈連接所述換能器的殼體；
[0018]所述緊固件將所述換能器的殼體和所述大尺寸平面換能器陣透聲窗固定在一起。
[0019]優(yōu)選地，所述密封圈采用O型密封圈。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0021]1、本發(fā)明中透聲膜采用工業(yè)純鈦TA2制成，提高了海水中長時間工作換能器的可靠性，TA2材料耐腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料不銹鋼；
[0022]2、本發(fā)明中大尺寸平面換能器陣透聲窗的平面更趨于等幅振動，提高透聲效率；
[0023]3、本發(fā)明中透聲膜設(shè)置有封閉彈性槽，解決了超薄板材料剛性不足的問題；
[0024]4、本發(fā)明中圍框上設(shè)置有散熱臺階邊框，解決了 TA2超薄板材料極難焊接的問題；
[0025]5、本發(fā)明中緊固件將換能器的殼體和大尺寸平面換能器陣透聲窗固定在一起，便于安裝拆卸。
【附圖說明】
[0026]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0027]圖1為本發(fā)明中透聲窗與換能器的安裝示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明中大尺寸平面換能器陣透聲窗系統(tǒng)一個方向的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明中大尺寸平面換能器陣透聲窗系統(tǒng)另一個方向的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明中圖3中Z部分的局部放大示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明中圖3中Y部分的局部放大示意圖。
[0032]圖中:
[0033]I為透聲膜；
[0034]2為換能器的殼體；
[0035]3為緊固件；
[0036]4為O形密封圈；
[0037]5為圍框；
[0038]6為封閉彈性槽；
[0039]7為散熱臺階邊框。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0041]在本實施例中，本發(fā)明提供的大尺寸平面換能器陣透聲窗，包括透聲膜I和圍框5;
[0042]其中，所述透聲膜I連接所述圍框5的一側(cè)面;所述透聲膜I設(shè)置有封閉彈性槽;所述圍框5的外緣上設(shè)置有散熱臺階邊框7。
[0043]所述散熱臺階邊框7與所述透聲膜I的厚度相同。所述透聲膜I采用工業(yè)純鈦TA2制成;所述工業(yè)純鈦TA2為Imm板材。所述圍框5采用剛性矩形結(jié)構(gòu)件。圍框5為機加工出的矩形圍框5，圍框5的兩面平整度控制在0.2以內(nèi)。
[0044]所述透聲膜I的厚度為I?2mm;所述封閉彈性槽6的槽深約3mm，沖壓彎曲角為120°，倒角約R1mm。所述封閉彈性槽6為沖壓模具沖壓出的，尺寸約為800mmX 400mm的矩形封閉彈性槽6。沖壓完成后須驗傷，以保證無明顯的沖破或厚度過薄。
[0045]所述透聲膜I與所述圍框5之間采用焊接連接;當燒焊時，采用激光低溫機器焊接。當焊接完成后，通過熱處理所述透聲窗消除應(yīng)力。
[0046]本發(fā)明提供的大尺寸平面換能器陣透聲窗通過如下方式制成:圍框5與透聲膜I均準備好后將透聲膜I用工裝繃緊置與平面工作臺，并將圍框5用夾具固定于透聲膜I上，先焊接圍框5內(nèi)側(cè)，焊完后沿圍框5外沿散熱臺階7處線切割除去多余鈦板，最后在散熱臺階7處焊接外沿，焊接全部用激光低溫滿焊，以保證穩(wěn)定，美觀。
[0047]本發(fā)明提供的大尺寸平面換能器陣透聲窗系統(tǒng)，包括所述的大尺寸平面換能器陣透聲窗;還包括換能器和緊固件3;其中，所述大尺寸平面換能器陣透聲窗通過密封圈連接所述換能器的殼體2;所述緊固件3將所述換能器的殼體2和所述大尺寸平面換能器陣透聲窗固定在一起。所述密封圈采用O型密封圈。
[0048]本發(fā)明中選用工業(yè)純鈦TA2制作透聲膜I，工業(yè)純鈦TA2雜質(zhì)含量較化學(xué)純鈦要多，因此強度，硬度也稍高，其力學(xué)性能及化學(xué)性能與不銹鋼相近，塑性好，且可焊接，可切削加工，耐蝕性好，在抗氧化性方面優(yōu)于奧氏體不銹鋼。其抗腐蝕性能滿足海底長期工作的需要。
[0049]工業(yè)純鈦TA2在低溫下厚度0.3?2mm時彎曲角2 100°，屈服強度，屈強比，伸長率能滿足沖壓彈性槽6條件沖壓所需條件。為達到良好的透聲效果，工業(yè)純鈦TA2板材不能過厚，但太薄不容易機加工，一般選用1.2?2mm。而一個大尺寸平面陣需要的透聲窗尺寸在這種厚度條件下結(jié)構(gòu)剛性顯然不足，從而使透聲窗中心與四周振動模態(tài)不一致，導(dǎo)致聲性能造成差異，為彌補結(jié)構(gòu)剛性的不足，在透聲膜I的輻射面區(qū)域沖壓矩形彈性槽6，經(jīng)熱處理消應(yīng)力后，在彈性槽6中間位置，板材透聲所引起的不均勻受迫振動變?yōu)榈确駝?，減少了彈性槽6外圍結(jié)構(gòu)剛體的約束。
[0050]當焊接剛性圍框5時，為使透聲膜I的透聲區(qū)域張緊并將其與換能器殼體2密封可靠連接，透聲膜I需焊接矩形剛性圍框5，以獲得剛性及平整度較高的密封面。圍框5與透聲膜I焊接后，透聲膜I張緊，平實可靠，不可扭曲，四周圍框5不僅可牢固壓緊與換能器連接的O形密封圈4，同時可安裝與其連接用的緊固件3。
[0051]圍框5加工等厚散熱臺階，工業(yè)純鈦TA2在高溫下極易氧化造成變形，因此對焊接要求極高。而透聲膜I厚度較薄，又加大了焊接的難度。圍框5加工與板材等厚的臺階后，焊接時圍框5與板材散熱一致，從而使焊接產(chǎn)生的熱量能迅速釋放，這樣透聲膜板材就不容易燒穿。
[0052]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種大尺寸平面換能器陣透聲窗，其特征在于，包括透聲膜和圍框； 其中，所述透聲膜連接所述圍框的一側(cè)面;所述透聲膜設(shè)置有封閉彈性槽； 所述圍框的外緣設(shè)置有散熱臺階邊框。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸平面換能器陣透聲窗，其特征在于，所述散熱臺階邊框與所述透聲膜的厚度相同。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸平面換能器陣透聲窗，其特征在于，所述透聲膜采用工業(yè)純鈦TA2制成;所述圍框采用剛性矩形結(jié)構(gòu)件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸平面換能器陣透聲窗，其特征在于，所述透聲膜的厚度為I?2mm; 所述封閉彈性槽的槽深約3mm，沖壓彎曲角為120°，倒角約R1mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸平面換能器陣透聲窗，其特征在于，所述透聲膜與所述圍框之間采用焊接連接； 當燒焊時，采用激光低溫機器焊接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大尺寸平面換能器陣透聲窗，其特征在于，當焊接完成后，通過熱處理所述透聲窗消除應(yīng)力。7.—種大尺寸平面換能器陣透聲窗系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至6任一項所述的大尺寸平面換能器陣透聲窗;還包括換能器和緊固件； 其中，所述大尺寸平面換能器陣透聲窗通過密封圈連接所述換能器的殼體； 所述緊固件將所述換能器的殼體和所述大尺寸平面換能器陣透聲窗固定在一起。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大尺寸平面換能器陣透聲窗系統(tǒng)，其特征在于，所述密封圈采用O型密封圈。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種大尺寸平面換能器陣透聲窗及系統(tǒng)，包括透聲膜和圍框；其中，所述透聲膜連接所述圍框的一側(cè)面；所述透聲膜設(shè)置有封閉彈性槽；所述圍框的外緣設(shè)置有散熱臺階邊框。所述散熱臺階邊框與所述透聲膜的厚度相同。所述透聲膜采用工業(yè)純鈦TA2制成；所述圍框采用剛性矩形結(jié)構(gòu)件。本發(fā)明中透聲膜采用工業(yè)純鈦TA2制成，提高了海水中長時間工作換能器的可靠性，TA2材料耐腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料不銹鋼；本發(fā)明中大尺寸平面換能器陣透聲窗的平面更趨于等幅振動，提高透聲效率。
【IPC分類】H04R1/02, H04R1/44
【公開號】CN105554626
【申請?zhí)枴緾N201510908678
【發(fā)明人】張睿, 胡健輝, 王敏慧, 劉佳, 苗士超
【申請人】中國船舶重工集團公司第七二六研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月9日