压电水听器的制作方法

1.本实用新型涉及压电水下振动传感器技术领域，特别是涉及一种压电水听器。


背景技术：

2.随着石油工业和电子工业的发展，世界石油的使用量日趋增加，石油资源勘探成为石油工业的先行产业。地球海陆比例较大，因此海洋石油勘探成为现代石油勘探主要目标。在石油的地球物理勘探中，浅海水听器探测是野外采集工作的第一环节，也是海洋石油勘探仪器中的关键环节。水听器探测作为海洋石油勘探的第一道工序，对勘探数据采集的质量起到十分重要的作用。
3.为了获得深水的水声信号，常使用水听器作为传感装置，检测水中水声信号，其工作原理利用压电效应将水压变化转换为电信号变化。然而传统的水听器为了提高灵敏度，将其体积设计较大，结构复杂，制作成本高，当水听器出现故障时排查步骤复杂，且会导致水听器元器件的维修和更换成本的提高。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种压电水听器，能够有效提高检测灵敏度，同时体积小，结构简单，制作成本低。
5.一种压电水听器，包括：固定件，所述固定件上设有台阶和凸台，所述台阶沿所述固定件的周向设置；晶片组件，所述晶片组件装设在所述台阶上，且所述晶片组件靠近所述凸台的一侧面与所述凸台之间形成有感应间隙；保护件，所述保护件与所述固定件连接，所述保护件用于覆盖所述固定件，以使所述固定件形成密封状态。
6.上述压电水听器，在组装过程中，首先将晶片组件装设在台阶上；然后将保护件设置在所述固定件上，并将覆盖保护件，使得保护件形成密封状态。在使用过程中，由于晶片组件装设在台阶上，且台阶沿固定件周向设置，如此，固定件能够保护晶片组件，避免晶片组件受到外力而折断破损、导致失效，提高晶片组件的使用寿命。同时，晶片组件靠近凸台的一侧面与凸台之间存在感应间隙，如此，在晶片组件的振动过程中，晶片组件上下振动，凸台的设置能够有效限制金属基片的大幅变形，一方面能够提高晶片组件的使用寿命，另一方面能够提高晶片组件的灵敏度，从而提高压电水听器的检测灵敏度。保护件的加入使得固定件内密封，在压电水听器水下使用时能够避免海水进入台阶围成的空腔内，腐蚀晶片组件和其他元器件。本压电水听器的结构简单，体积小，在同一固定件的体积下能够容纳更大的晶片组件，使得灵敏度高，有利于降低制作成本，从而提高生产效益。
7.在其中一个实施例中，所述固定件上设有安装槽，所述台阶设置在安装槽的侧壁上，所述凸台设置在所述安装槽的底壁上，且所述凸台向所述安装槽的槽口凸起。
8.在其中一个实施例中，所述晶片组件包括压电件和基片，所述基片装设在所述台阶上，且所述基片朝向所述凸台的一侧面与所述凸台之间存在间隙，所述压电件设置在所述基片背向所述凸台的一侧。
9.在其中一个实施例中，所述基片为金属件，所述金属件上设有绝缘层，所述绝缘层覆盖在所述金属件的外表面。
10.在其中一个实施例中，所述晶片组件还包括粘接件，所述压电件与所述基片通过粘接件粘接。
11.在其中一个实施例中，所述压电件上设有正极部和负极部，所述正极部和所述负极部均设置于所述压电件背向所述凸台的一侧面上。
12.在其中一个实施例中，所述晶片组件还包括信号线，两个所述信号线分别连接于所述正极部和所述负极部上。
13.在其中一个实施例中，所述凸台为两个以上，两个以上所述凸台沿所述固定件的宽度方向间隔设置。
14.在其中一个实施例中，所述凸台由所述固定件沿着朝向晶片组件方向凸起形成，并在所述固定件背向所述晶片组件的一侧形成有凹槽。
15.在其中一个实施例中，所述保护件为橡胶件。
16.在其中一个实施例中，所述橡胶件为聚硫橡胶。
附图说明
17.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为一实施例中所述的压电水听器的结构示意图一；
20.图2为一实施例中所述的压电水听器的结构示意图二。
21.附图标记说明：
22.100、压电水听器，110、固定件，111、台阶，112、感应间隙，113、凸台，114、安装槽，115、凹槽，120、晶片组件，121、压电件，1211、正极部，1212、负极部，122、基片，123、信号线，130、保护件。
具体实施方式
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装
置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
29.在一个实施例中，请参阅图1，一种压电水听器100，包括：固定件110、晶片组件120及保护件130。固定件110上设有台阶111和凸台113，台阶沿固定件110的周向设置。晶片组件120装设在台阶111上，且晶片组件120靠近凸台113的一侧面与所述凸台113之间存在感应间隙112。保护件130与固定件110连接，保护件130用于覆盖晶片组件120，以使晶片组件120密封与保护件130与固定件110之间。
30.上述压电水听器100，在组装过程中，首先将晶片组件120装设在台阶111上；然后在将保护件130设置在所述固定件110上，并将覆盖保护件110，使得保护件110形成密封状态。在使用过程中，由于晶片组件120装设台阶111上，如此，固定件110能够保护晶片组件120，避免晶片组件120受到外力而折断破损、导致失效，提高晶片组件120的使用寿命。同时，晶片组件120靠近凸台113的一侧面与凸台113之间存在感应间隙112，如此，在晶片组件120的振动过程中，晶片组件120上下振动，凸台113的设置能够有效限制金属基片122的大幅变形，一方面能够提高晶片组件120的使用寿命，另一方面能够提高晶片组件120的灵敏度，从而提高压电水听器100的检测灵敏度。保护件130的加入使得固定件110内密封，在压电水听器100水下使用时能够避免海水进入台阶围成的空腔内，腐蚀晶片组件120和其他元器件。本压电水听器100的结构简单，体积小，在同一固定件110的体积下能够容纳更大的晶片组件120，使得灵敏度高，有利于降低制作成本，从而提高生产效益。
31.需要说明的是，晶片组件120靠近凸台113的一侧面与凸台113之间存在感应间隙112应理解为，晶片组件120装设在台阶111上，晶片组件120的轮廓边缘与台阶111抵靠配合
或者连接，而晶片组件120的轮廓中心部分悬空在所述固定件110上，凸台113向开口112凸起，晶片组件120与凸台113之间的最小距离大于0，从而使得晶片组件120与凸台113之间形成感应间隙112。
32.可选地，固定件110的形状可以为方形、圆形、矩形或其他形状。具体地，固定件110的形状为矩形。
33.进一步地，晶片组件120与固定件110的形状一致，且晶片组件120的尺寸小于台阶111围成开口的尺寸。如此，晶片组件120能够通过开口装设台阶111上，且晶片组件120的外边沿与台阶111接触。同时，晶片组件120与固定件110的形状一致能够使得固定件110的结构更紧凑，有利于提高固定件110的结构稳定性，同时有效缩小固定件110的体积，进而缩小压电水听器100的整体体积。
34.在一个实施例中，固定件110上设有安装槽114，台阶111设置在安装槽114的侧壁上，凸台113设置在安装槽114的底壁上，且凸台113向安装槽114的槽口凸起。如此，安装槽114结构有利于提高固定件110的结构稳定性，晶片组件120安装在安装槽114内，能够提高晶片组件120在固定件110中的连接稳定性，从而提高压电水听器100的整体品质和使用寿命，同时安装槽114结构有利于减少生产成本，从而提高压电水听器100的经济效益。
35.在一个实施例中,请参阅图1，晶片组件120包括压电件121和基片122。基片122装设在台阶111上，且基片122朝向凸台113的一侧面与凸台113之间存在感应间隙112，压电件121设置在基片122背向凸台113的一侧(比如压电件121层叠于基片122上)。如此，基片122与压电件121形成晶片组件120，通过压电效应，当需要发射超声波信号时，晶片组件120接收到输入信号，压电件121由于压电效应产生振动，形成超声波；当接收超声波信号时，压电件121的振动通过压电效应产生电压，经过信号处理后从而形成接收信号，基片122能够给压电件121提供保护作用和承托作用，避免压电件121破碎、开裂，有利于提高压电件121的使用寿命，进而提高压电水听器100的整体品质和使用寿命。
36.可选地，压电件121可为压电陶瓷如钛酸钡(bt)、锆钛酸铅(pzt)、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂(pbln)、改性钛酸铅等；或者是压电晶体，如水晶、石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛、铌酸锂、钽酸锂等；还可以是压电聚合物、复合压电材料等；又或者是其他压电材质。
37.具体地，请参阅图1与图2，压电件121为压电陶瓷，如pzt压电陶瓷。如此，pzt压电陶瓷件压电性能强，介电常数高，有利于压电件121加工成任意形状，有利于提高压电水听器100的整体品质和换能效率。同时，pzt压电陶瓷的原材料成本低，有利于降低压电水听器100的生产成本，提高压电水听器100的经济效益。本实施例仅提供一种压电件121的材质选择，但并不以此为限。
38.可选地，压电件121的形状可为方形、圆形、矩形或其它不规则形状。具体地，在本实施例中，压电件121的形状为矩形。
39.可选地，基片122可为塑料件、金属件、复合材料件或为其它材质。
40.具体地，请参阅图1，基片122为金属件。进一步地，金属件为铍铜合金。金属件上设有绝缘层，绝缘层覆盖在金属件的外表面。如此，铍铜合金的机械性能优秀，硬度高，耐磨、耐腐蚀性能强，有利于提高晶片组件120的整体强度，进而提高晶片组件120的品质和使用寿命，提升压电水听器100的使用体验。同时具有很高的弹性，能够满足压电件121的振动要
求，有效保证晶片组件120的检测灵敏度。另外，铍铜合金的铸造性能优秀，能够加工成所需要的形状，工艺简单，有利于降低晶片组件120的生产成本，进而降低压电水听器100的生产成本，提高压电水听器100的经济效益。绝缘层覆盖在金属件的外表面，使得金属件与压电件121绝缘，有利于提高信号的屏蔽作用，避免产生信号干扰，提高输出信号的信噪比，从而提高压电水听器100的使用功能体验。本实施例仅提供一种基片122的选择方式，但并不以此为限。
41.可选地，绝缘层的设置方式可为物理气相沉积技术(pvd)、喷涂工艺、真空电镀、绝缘漆或其它设置方式。
42.具体地，绝缘层为pvd，以镀膜形式设置金属件上，且覆盖在金属件的外表面。如此，pvd镀膜形式有利于绝缘层均匀地覆盖在基片122上，附着力和耐久性强，在基片122弯折或振动时不易发生裂化或脱落，有利于保证绝缘层的绝缘效果，提高压电水听器100的使用体验。同时，pvd镀膜的方式能够选择多种颜色，且在恶劣环境中不易变色，有利于提高晶片的美观性，从而提高压电水听器100的整体品质和使用体验。本实施例仅提供一种绝缘层在基片122上的的设置方式，但并不以此为限。
43.可选地，基片122的形状可为方形、圆形、矩形或其它不规则形状。
44.具体地，基片122与压电件121的形状一致。进一步地，基片122为矩形。如此，有利于提高基片122对压电件121的保护性能，避免压电件121破损开裂，进而提高晶片组件120的品质和使用寿命，提升压电水听器100的使用体验。本实施例仅提供一种基片122的形状设置，但并不以此为限。
45.在一个实施例中，请参阅图1，晶片组件120还包括粘接件。压电件121与基片122通过粘接件粘接。如此，粘接件的使用有利于提高压电件121与基片122的连接稳定性，进而提高晶片组件120的整体品质，延长使用寿命。同时粘接件能够在压电件121与基片122间起到隔离作用，使得压电件121与基片122绝缘，有利于提高信号的屏蔽作用，避免产生信号干扰，提高输出信号的信噪比，从而提高压电水听器100的使用功能体验。
46.可选地，粘接件可为环氧树脂、硅胶、ab滴胶、光固树脂等粘接材料。
47.具体地，粘接件为环氧树脂。如此，环氧树脂的粘结力强，固化后的机械强度高，固化成型方便，有利于提压电件121与基片122的连接稳定性；同时能够避免压电件121与基片122的接触，起绝缘作用，有效减少信号的噪声干扰，提高输出信号的信噪比，提高压电水听器100的整体品质，进而有利于提高压电水听器100的使用体验。本实施例仅提供一种粘接件的实施方式，但并不以此为限。
48.在一个实施例中，请参阅图2，压电件121上设有正极部1211和负极部1211。正极部1211和所负极部1211均设置于压电件121背向凸台113的一侧面上。如此，晶片组件120形成翻边电极结构，使得正极部1211和负极部1211在同一侧，有利于提高接线的便捷性，操作简单，有利于提高压电水听器100的可靠性。同时，翻边电极的结构还能节省安装槽114的体积，有利于使得固定件110小型化，使得固定件110的结构更加紧凑，从而减小压电水听器100的体积。
49.进一步地，请参阅图2，在压电件121的同一侧面上，正极部1211与负极部1211通过粘接件隔开。如此，在晶片组件120的制作过程中，通过粘接件的绝缘作用隔开正极部1211与负极部1211，避免在接线时正极部1211与负极部1211短路，造成晶片组件120损坏失效，
有利于提高压电水听器100的整体品质，进而有利于提高压电水听器100的使用体验。
50.进一步地，请参阅图1与图2，晶片组件120还包括信号线123。两个信号线123分别连接于所述正极部1211和所述负极部1211上。如此，通过信号线123引出正极部1211和负极部1211，在通过保护件130将开口112覆盖，使得安装槽114密封，在组装接线时，只需和信号线123电性连接，无需将保护件130与固定件110脱离连接，有利于提高压电水听器100的使用便捷性，同时有利于保证压电水听器100的密封性能，从而延长压电水听器100的使用寿命，提高压电水听器100的整体品质和使用体验。
51.在一个实施例中，请参阅图1，凸台113为两个以上，两个以上凸台113沿所述固定件110的长度方向间隔设置。如此，两个以上凸台113间隔设置能够增大凸台113对晶片组件120的支撑面积，进而能够给晶片组件120的中部提供支撑。在晶片组件120振动过程中有利于限制基片122大幅变形，有效对晶片组件120起保护作用，从而延长压电水听器100的使用寿命，提高压电水听器100的整体品质和使用体验。
52.其中，为了进一步说明和理解固定件110的宽度方向，以图1为例，固定件110的长度方向为直线s1上任意一箭头所指的方向。
53.进一步地，请参阅图1，凸台113为三个。三个凸台113沿固定件的宽度方向间隔设置。如此，三个凸台113间隔设置能够增大凸台113对晶片组件120的支撑面积，进而能够给晶片组件120的中部提供支撑，在晶片组件120振动过程中有利于限制基片122大幅变形，有效对晶片组件120起保护作用，从而延长压电水听器100的使用寿命。同时能够简化安装槽114内的结构，保证晶片组件120的振动范围，提高压电水听器100的检测灵敏度，进而提高压电水听器100的整体品质和使用体验。
54.可选地，保护件130与固定件110的连接方式可为螺纹连接、螺栓连接、卡接、粘接或其它连接方式，也可以是两种以上连接方式的组合。
55.具体地，保护件130与固定件110通过粘接方式连接。如此，有利于提高保护件130与固定件110连接后的密封性能，有效防止海水渗入安装槽114内使得晶片组件120损坏，有效提高压电水听器100的可靠性，延长压电水听器100的使用寿命，进而提高压电水听器100的整体品质和使用体验。本实施例仅提供一种保护件130与固定件110的连接方式，但并不以此为限。
56.进一步地，请参阅图1，凸台113由固定件110沿着朝晶片组件120方向凸起形成，并在固定件110背向晶片组件120的一侧形成有凹槽115。如此，凸台113与固定件110为一体成型设置，其制作工艺可为金属冲压或注塑成型方式，有利于简化固定件110的加工工艺，从而降低压电水听器100的生产成本，提高压电水听器100的经济效益。
57.在一个实施例中，请参阅图1，保护件130为橡胶件。如此，保护件130起到密封保护和隔振作用，有利于保证压电水听器100的检测灵敏度。同时橡胶件的密封性能好，橡胶件的加工工艺简单，耐海水腐蚀性能好，特征阻抗与水的特征阻抗接近，有利于保证安装槽114内密封，避免海水深入安装槽114内，有利于提高压电水听器100的整体品质，延长压电水听器100的使用寿命，降低压电水听器100的生产成本，从而提高经济效益。
58.可选地，保护件130可为天然橡胶(nr)、顺丁橡胶(br)、丁腈橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶(ir)、乙丙橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶或其它橡胶材质。
59.具体地，请参阅图1，橡胶件为聚硫橡胶。如此，保护件130的耐磨性能强，柔韧性
好，耐老化，耐冲击性能好，有利于提高保护件130与固定件110的连接稳定性，从而保证保护件130与固定件110连接后安装槽114内的密封性能，有利于提高压电水听器100的整体品质，延长压电水听器100的使用寿命。本实施例仅提供一种橡胶件的选择方式，但并不以此为限。
60.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
61.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。