一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器的制作方法

本发明属于换能器，尤其涉及一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器。

背景技术：

1、吊放发射系统中弯曲盘换能器因其小体积、轻重量和低频率的特性备受关注，也正因其低频特性使得自身抵抗高静水压能力不足，为解决该问题目前工程上使用内腔气压补偿技术来实现深水应用。现有能力在无外界干扰下，理论上是能够通过气压补偿技术完成换能器任意深度下的外水压与内部气压相平衡的目标，然而在实际应用中仍无法规避水面波浪起伏或是漂航转向导致的换能器深度骤变引起的内外压失衡现象，易发生换能器损坏。

2、目前海洋领域低频发射换能器气压补偿技术是突破其原有工作深度的新方向。气压补偿技术目的是使换能器在深水中充高压气体，使换能器内外压力平衡，具备空气背衬状态，可实现高效大功率发射的目的。压力平衡状态应是其在指定的小范围压力差值范围下的状态，且换能器可在该压差范围内不受损坏。该技术在深水中由于气体压缩比过大，不再能够通过携带气囊等方式去完成，使用干端气源充气的途径最为方便。气压补偿系统原理和连接方式易于理解，而实际应用中如何提高其可靠性和安全性备受关注。

3、气压补偿系统在大深度下的补偿是具有滞后性的，如1000m气缆长，发现压力不平衡时充气泄气需要至少3s以上来完成平衡，该时间内的气压一旦超过安全阈值是危险的。因此设计中必须考虑该情况。

4、由于换能器实时气压补偿方法未推广，现有的工程方案对此没有记载。已有专利提及的换能器实时气压补偿系统，通过换能器湿端的深度传感器和气压传感器上传的数值进行对比，判断对其充气泄气，属于原理性的概述，不涉及操作需要对气压精准控制以确保设备安全性。也有一些其他方法，但是大多是局限于定深发射换能器或者针对抵御单方面的内压或者外压能力，不适用于实时气压补偿。另外也存有专利介绍其他气压系统提出使用泄压阀来排气，然而大尺度弯曲盘换能器使用该方案对泄压阀要求很高，同时易有潮气进入换能器内腔降低其绝缘性。具体来说，弯曲盘换能器通常的安全气压阈值为外压大于内压状态，若是辐射面圆板厚度设计合理，至少可达0.4mpa，对比之下而内压比外压大的0.05mpa即易发生换能器损坏，泄压阀也只能保证内压大时有保护作用，而外压大时的风险无法释放。

5、目前可查的专利中，提及的方法仍是粗线条的使用方式，很多细节没有描述，因此其安全性和可靠性存在风险。例如系统卡顿导致的充气泄气不及时，或是深度短时间大幅变化等复杂情况，换能器内外压无法满足实时压力平衡，无法确保换能器一直处于安全状态。

技术实现思路

1、本发明为了解决需气压补偿的弯曲盘换能器在水下因剧烈深度变化导致换能器内外压失衡，进而发生换能器损坏的问题，提供了一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，对于换能器在压骤变时通过类似活塞的装置对换能器内腔容积进行改变，进而缓冲急剧的压力变化，同时兼具换能器共形的设计，确保其工作状态的安全性，弯曲盘换能器的圆周装有多个可分别缓冲内压大和外压大的活塞装置，不额外占用空间，不影响换能器尺寸，安装拆卸方便，易于更换，其通过活塞提供内腔的容积变化可缓冲换能器水下深度骤变引起的压力失衡问题。

2、本发明的技术方案如下，一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，该弯曲盘换能器的端向出缆，圆周侧面均匀开孔，并装有多个增压装置和减压装置，所述降压装置包含降压外壳、安装在降压外壳内的降压活塞、密封圈、导向筒、压簧和限位片；所述增压装置包含增压外壳、以及安装在增压外壳内的增压活塞、密封圈、拉簧、定位板和导向柱。

3、优选地，该弯曲盘换能器为空气背衬式低频发射换能器，频率低点可达50hz，其圆周开有多个均匀分布孔，用以安装气压缓冲装置，可以最大化提供换能器内腔容积来缓冲压力。

4、优选地，所述降压装置作用为缓冲内压变大时的气压，通过弹簧和活塞的组合，以压力差使活塞发生位移，来提供更大的内腔容积，在气量不变时可降低气压。

5、优选地，所述增压装置作用为缓冲外压变大时的气压，通过弹簧和活塞的组合，以压力差使活塞发生位移，来提供更小的内腔容积，在气量不变时可升高气压。

6、优选地，该弯曲盘换能器的两端出缆，一端为电缆，另一端为气缆。

7、优选地，该弯曲盘换能器的圆周均匀开孔18个，直径60mm，并在每个孔两侧设有增压装置和减压装置的安装螺纹孔。

8、优选地，该弯曲盘换能器的增压装置和减压装置的数量各9个间隔分布，该弯曲盘换能器的内腔直径400mm，高度70mm。

9、优选地，所述降压装置中，当换能器内压变大时，换能器降压活塞两侧分别对应接触内腔气体和外侧海水，其具备密封功能，受内压压力在图中向下移动，小线径拉簧沿3个导向柱限位被拉伸，其中限位片和螺丝为防脱出设计，其通过降压外壳和密封圈完成和换能器圆环的安装和水密。

10、优选地，所述增压装置中，当换能器内压变小时，换能器增压活塞两侧分别对应接触内腔气体和外侧海水，其具备密封功能，受外压压力在图中向上移动，小线径压簧沿导向筒限位被压缩，其中螺丝作用为固定定位板，其通过增压外壳和密封圈完成和换能器圆环的安装和水密。

11、优选地，9个增压装置和9个减压装置分别间隔且均匀装载于换能器圆周圆孔处，降压外壳和增压外壳的缸径为50mm，位移行程35mm，通过计算可得换能器缓冲极限容积占原空腔体积7％，可大幅安全性。

12、本发明具备如下效果：实时气压补偿的换能器可随深度变化，在不充气泄气情况下可通过气压缓冲装置实现换能器不小于5％的容积变化，该指标使1000m水深可额外增加50m升沉安全余量，能够保证换能器不受损坏，同时气压缓冲装置成本低，易于更换，与换能器共形设计，不额外占用空间。

1.一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：该弯曲盘换能器的端向出缆，圆周侧面均匀开孔，并装有多个增压装置和减压装置，所述降压装置包含降压外壳、安装在降压外壳内的降压活塞、密封圈、导向筒、压簧和限位片；所述增压装置包含增压外壳、以及安装在增压外壳内的增压活塞、密封圈、拉簧、定位板和导向柱。

2.根据权利要求1所述的一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：该弯曲盘换能器为空气背衬式低频发射换能器，频率低点可达50hz，其圆周开有多个均匀分布孔，用以安装气压缓冲装置，可以最大化提供换能器内腔容积来缓冲压力。

3.根据权利要求1所述的一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：所述降压装置作用为缓冲内压变大时的气压，通过弹簧和活塞的组合，以压力差使活塞发生位移，来提供更大的内腔容积，在气量不变时可降低气压。

4.根据权利要求3所述的一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：所述增压装置作用为缓冲外压变大时的气压，通过弹簧和活塞的组合，以压力差使活塞发生位移，来提供更小的内腔容积，在气量不变时可升高气压。

5.根据权利要求2所述的一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：该弯曲盘换能器的两端出缆，一端为电缆，另一端为气缆。

6.根据权利要求2所述的一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：该弯曲盘换能器的圆周均匀开孔18个，直径60mm，并在每个孔两侧设有增压装置和减压装置的安装螺纹孔。

7.根据权利要求4所述的一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：该弯曲盘换能器的增压装置和减压装置的数量各9个间隔分布，该弯曲盘换能器的内腔直径400mm，高度70mm。

8.根据权利要求7所述的一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：所述降压装置中，当换能器内压变大时，换能器降压活塞两侧分别对应接触内腔气体和外侧海水，其具备密封功能，受内压压力在图中向下移动，小线径拉簧沿3个导向柱限位被拉伸，其中限位片和螺丝为防脱出设计，其通过降压外壳和密封圈完成和换能器圆环的安装和水密。

9.根据权利要求7所述的一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：所述增压装置中，当换能器内压变小时，换能器增压活塞两侧分别对应接触内腔气体和外侧海水，其具备密封功能，受外压压力在图中向上移动，小线径压簧沿导向筒限位被压缩，其中螺丝作用为固定定位板，其通过增压外壳和密封圈完成和换能器圆环的安装和水密。

10.根据权利要求7所述的一种气压缓冲装置共形设计的弯曲盘换能器，其特征在于：9个增压装置和9个减压装置分别间隔且均匀装载于换能器圆周圆孔处，降压外壳和增压外壳的缸径为50mm，位移行程35mm，通过计算可得换能器缓冲极限容积占原空腔体积7%，可大幅安全性。