成像声呐和匹配层灌封方法与流程

本发明涉及声呐设备，特别是涉及一种成像声呐和匹配层灌封方法。

背景技术：

1、深海地形、矿藏和生物的分布信息中蕴藏着巨大的经济和环境保护利益，用于探测上述重要分布信息的探测信号具有快衰减、多路径和大数据量的特征，对深海探测装备的测量距离、精度和带宽指标具有较大限制。因此，需要研发一种能够在深水高静水压下使用的深海成像声呐，以实现对深海地形、生物和结构的洞察力。

2、由于目前常规的采用矩形结构的耐压壳体的耐压性能和密封性能不高，无法满足深海环境的使用，需要往耐压壳体的内部填充绝缘油液或采用其他实现内、外压平衡的装置来提高耐压和水密性能，这对集成电路板上的元器件提出了耐压等级的要求，限制了现有成熟基础电路产品在深海探索领域的应用。

3、此外，作为深海成像声呐，需要在耐压壳体的基础上增加声学探测组件，而声学探测组件为了保证声波在海水中的传播效率，提高声呐的灵敏度，需要采用聚氨酯或环氧树脂等灌封胶材料灌封形成匹配层来直接接触海水，也就是在传统的耐压壳体的基础上，需要集成外形采用灌封胶材料封装形成的换能器组件，灌封胶材料形成的匹配层封装外形结构与耐压壳体应具备同样的耐压性能，并确保其本身、以及其与耐压壳体之间的水密性能。根据深海成像声呐的常规工作频率，匹配层的厚度很薄，容易出现缺胶或者存在空腔气泡，影响到成像声呐的成像性能以及水密性能，对于匹配层的灌封工艺提出了较高的要求。

4、目前现有的换能器大多采用整体通过灌封胶灌封成型，换能器的外壳由灌封胶材料制成，灌封胶填充了各个部件之间的空腔。灌封成型的换能器虽然能够满足深海环境使用，但在换能器工作时，只能通过热传导的方式进行散热，也就是电子元器件的热量传导至灌封胶，再通过灌封胶传导至海水中，散热效率较低，导致此类灌封结构难以应用于发热功率较高的实时成像声呐。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有的成像声呐的耐压性能和水密性能难以保证的问题以及换能器的匹配层的全灌封方法存在散热效率低的问题，提供一种成像声呐和匹配层灌封方法。

2、一种成像声呐，包括：

3、中间体，所述中间体具有沿前后方向贯通的安装腔；

4、集成电路模块，所述集成电路模块安装于所述安装腔内；

5、面板组件，所述面板组件包括盖设于所述中间体的前侧开口的面板和集成于所述面板的多个换能器，所述换能器电连接于所述集成电路模块，用于发出声波或接收反射声波；所述面板开设有多个换能器安装孔，所述换能器包括匹配层、换能器定位件和换能器主体，所述换能器定位件固设于所述换能器安装孔，所述换能器主体固设于所述换能器定位件；所述匹配层粘接于所述面板的前侧面，并将所述换能器定位件和所述换能器主体包裹在内，所述匹配层的后侧具有散热口，以露出所述换能器主体的后侧面；

6、背板组件，所述背板组件包括盖设于所述中间体的后侧开口的背板和集成于所述背板的连接器，所述连接器电连接于所述集成电路模块；以及

7、密封组件，所述密封组件设置于所述面板组件与所述中间体之间以及所述背板组件与所述中间体之间，以密封所述面板组件和所述背板组件与所述中间体之间的间隙。

8、在其中一个实施例中，所述安装腔的前侧开口和后侧开口均为矩形，所述中间体的前侧面和后侧面均开设有环绕所述安装腔设置的平面密封槽，所述平面密封槽的外形为矩形，所述密封组件包括多个平面密封件，所述平面密封件的外形为矩形，所述平面密封件设置于所述平面密封槽内，以密封所述面板与所述中间体的前侧面以及所述背板与所述中间体的后侧面之间的间隙。

9、在其中一个实施例中，所述面板组件进一步包括凸设于所述面板的后侧面的面板凸部，所述面板凸部通过所述安装腔的前侧开口插设于所述安装腔内；所述背板组件包括凸设于所述背板的前侧面的背板凸部，所述背板凸部通过所述安装腔的后侧开口插设于所述安装腔内，所述面板凸部的侧面和所述背板凸部的侧面均开设有径向密封槽；所述密封组件进一步包括径向密封件，所述径向密封件设置于所述径向密封槽内，以密封所述面板凸部和所述背板凸部与所述中间体之间的间隙。

10、在其中一个实施例中，所述平面密封槽的截面为矩形，所述平面密封件的截面为圆形，所述平面密封件的材质硬度为90a，所述平面密封件的初始压缩率为18%。

11、在其中一个实施例中，所述径向密封槽的截面为矩形，所述径向密封件的截面为圆形，所述径向密封件的材质硬度为90a，所述径向密封件的初始压缩率为18%。

12、在其中一个实施例中，所述面板与所述匹配层的粘接面的具有表面处理层，所述表面处理层用于增加所述面板的表面粗糙度。

13、在其中一个实施例中，所述换能器主体包括换能层、背衬层和导线，所述换能层和所述背衬层被包设于所述匹配层之内，且所述换能层位于所述背衬层之间，所述导线电连接于所述换能层，且所述导线自所述换能层穿过所述背衬层电连接于所述集成电路模块。

14、在其中一个实施例中，所述换能器包括发射换能器和接收换能器，其中，所述发射换能器的所述匹配层向前凸起以形成凸面结构，所述接收换能器的所述匹配层为平面结构。

15、在其中一个实施例中，所述发射换能器的所述匹配层为声阻抗为4mrayl的环氧树脂材料制件，所述接收换能器的所述匹配层为声阻抗为2.5mrayl的环氧树脂材料制件。

16、在其中一个实施例中，所述背板开设有充油口，所述背板组件进一步包括密封堵件，所述密封堵件密封安装于所述充油口。

17、一种匹配层灌封方法，用于制备如上述任一所述的成像声呐的换能器的匹配层，包括步骤：

18、通过该成像声呐的面板的换能器安装孔和该成像声呐的换能器定位件，固定安装换能器主体于该面板；

19、固定安装成型模具于该面板的前侧，使该成型模具与该换能器定位件、该面板以及该换能器主体围合而成的空间形成匹配层填充区；

20、通过该换能器定位件与该面板之间的间隙，灌入灌封胶于该匹配层填充区内，以得到中间过程结构；

21、通过真空排泡箱，在设定真空度的条件下，对该中间过程结构进行真空动处理；

22、对经过真空排泡处理后的该中间过程结构进行固化处理，固化该匹配层填充区内的该灌封胶，以形成该匹配层；以及

23、拆除该成型模具，以完成面板组件的匹配层灌封。

24、在其中一个实施例中，在所述通过真空排泡箱，在设定真空度的条件下，对该中间过程结构进行真空排泡处理的步骤中，当该灌封胶的材料的粘度小于1500mpa·s时，该真空排泡处理的振动频率范围为150hz至200hz，当该灌封胶的材料的粘度范围为1500mpa·s至5000mpa·s时，该真空排泡处理的振动频率范围为100hz至150hz，当该灌封胶的材料的粘度大于5000mpa·s时，该真空排泡处理的振动频率范围为50hz至100hz。

25、上述成像声呐通过将换能器集成于面板组件，形成接收和发射一体化的声呐结构，通过模块化的设计，能够根据探测目标、探测距离、探测精度等实际工况要求，对面板组件进行替换，实现组件复用，降低使用成本，同时在成像声呐出现故障时方便进行维修及更换，提高产品的可维护性。

26、上述成像声呐通过在匹配层的后侧预留散热孔，换能器主体的后侧面通过散热口连通中间体的安装腔，使得换能器能够通过空气或液体等热对流的形式进行散热，从而提高集成电路的散热性能。

27、上述成像声呐的耐压性能由面板、中间体、背板装配形成的封装壳体以及换能器的匹配层来保证，水密性能由于面板、背板与中间体之间的密封结构以及匹配层及匹配层与面板之间的可靠粘接来保证，无需通过充油等内外压平衡方式来提高耐压性能和密封性能，使不具备耐压性能的集成电路能够被应用于深海领域。

28、上述成像声呐的整体外形呈现矩形结构，平面密封件也为矩形结构，声呐内部的安装腔也为矩形结构，能够提高中间体内部的安装腔的空间利用率，有助于实现小型化与轻量化。

29、上述匹配层灌封方法能够提高换能器的匹配层的灌封合格率，避免匹配层出现缺胶或气泡的问题，实现匹配层与面板之间的可靠粘接，保证了成像声呐的成像性能以及水密性能。