专利名称：用于声波或地震波接收的水下听音器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于接收声波或地震波的水下听音器。
压电水下听音器领域内的现有技术例如参见专利FR-1,556,971；2,122,675；2,733,831或2,748,183或者专利US-3,970,878；4,336,939或4,926,397；5,541,894或5,815,466。
通过安装对压力变化敏感的元件(每个由压电陶瓷制成的圆盘组成，每侧放置一对电极)形成水下听音器是众所周知的。每张圆盘粘贴在诸如隔膜之类的柔性支撑上，其中一面暴露在待测量的压力变化下。
柔性支撑件例如是由刚性外罩或杯状物中央部分支撑，该杯形物周边部分得到加强且呈刚性，并且靠在另一个等同的杯状物上，自身携带一个或更多的敏感元件，两个杯状物限定了外罩。两个敏感元件的电极电学互联从而补偿因为加速度引起的寄生效应。
当外部静态压力增大时，两个平盘弯曲直到相互抵靠。它们的间隔选择为当相互压迫时的最大变形在弹性变形极限内。由此保护传感器不致偶然过压。这样形成的外罩可以覆盖一层对声波透明的材料。
敏感元件可以在外部紧固在外壳上并且提供保护涂层(例如清漆合成树脂粘结剂层)从而保持电极之间足够的电学绝缘。这种类型水下听音器的灵敏度良好并且在静水压下变化不大(例如在10MPa的静水压下不超过10％)。
按照另一种众所周知的布局，敏感元件被紧固在杯状物内表面并且因此是外罩内部，外罩保护了每支感元件不受外部介质的影响。但是这种布局下，压电敏感元件(煅烧的陶瓷圆盘并且易碎)在静水压增大使平盘弯曲时损坏。由于紧固在凸起的面，所以敏感元件位于外罩内部的水下听音器灵敏度较低并且在静水压增大时大幅度减小。
众所周知的是将前面两种组合在水下听音器内，两个隔膜构成闭合的外罩，每个携带一对敏感元件，一对在外罩外部，另一对在内部，两对电学并联从而补充两种模式固有的缺陷，但是这种方案代价较高。
如图9所示，对于一对敏感元件位于外罩内部或外部的对称连接水下听音器而言，其共同的缺点是电容随静水压变化较大。当敏感元件位于内部时它随静水压增大而增大(曲线Cint)，而当敏感元件位于外部时它随静水压增大而减小(曲线Cext)。
按照本发明的水下听音器使得一对敏感元件可以克服现有技术对称连接水下听音器的缺点。
它包含由两个杯状物(例如通过冲压成形工艺制成)限定的闭合外罩，这两个杯状物互相抵靠，每个都提供柔性隔膜并且每个至少与电极相连的两个压电敏感元件并且电学互联，这两个敏感元件分别紧固在隔膜上，一个在外罩外部，另一个在外罩内部。
按照较佳实施例，水下听音器包含至少两个尺寸不同并且例如直径不同的敏感元件。
与杯状物不接触但其电极与杯状物接触的敏感元件的电极例如电学互联。
按照本发明的带一对敏感元件的水下听音器结合了现有技术水下听音器的优点。其内电极电容在较宽压力范围内基本上为常数，并且如果敏感元件的尺寸不同，则所获灵敏度与外罩外部对称连接获得的灵敏度为同一数量级。
按照实施例，水下听音器包含刚性管，它包含至少一个检测单元；适于接收和支撑至少一个外罩的空心平坦中心单元，该中心单元卡入刚性管内；以及对每个外罩和刚性管一部分内表面的保护密封涂层。
按照实施例，每个外罩的杯状物沿周边相互抵靠并且中心单元(由一片制成或者由两片制成并且在涂敷密封涂层后可移去)提供内部滑槽用于外罩两个杯状物周边的插入。
通过以下结合附图对本发明的描述，可以进一步理解本发明的其他特征和优点，其中

图1示出了敏感元件非对称连接下水下听音器检测单元的剖面图；图2示出了接收单元外罩卡入的中心单元；图3示出了中心单元两个部分的变化例；图4示出了带开口端的图2实施例的变化例；图5示出了带包含接收单元的管子的装置；图6示出了制造工艺，它在管子内引入铸模片以限定插入外罩周围的注入空间；
图7示出了实施例，其中在注入和固化构成护皮的物质之后去除中心单元；图8示出了前一实施例的变化例，其中去除中心单元之后的空间部分被铸模片15占据；图9示出的曲线表示内部对称连接(Cint)的外部对称连接(曲线Cext)和按照本发明的非对称连接(Cint/ext)的敏感元件内电极电容C作为压力的函数；图10为比较起见，示出的曲线表示按照本发明的水下听音器的灵敏度变化(Sunsymm)作为压力的函数和普通对称连接获得的灵敏度(Ssym)。
水下听音器包含外罩1(图1)，它由两个对称排列的相同杯状物2、3组成，沿周边互相抵靠，每个例如提供了边缘或支承边缘4和柔性中心部分5。两个杯状物可以机械加工或冲压制成。
诸如压电陶瓷圆盘之类与两个电极7a、7b相连的敏感元件6卡入杯状物2柔性中心部分的外表面。同样与电极9a、9b相连的类似敏感元件8紧固在杯状物3柔性部分4的内面。通过诸如玻璃球珠之类的密封沟槽，导体10与内敏感元件8的电极9a相连。导体11与敏感元件6的电极7a相连。这些敏感元件的相对电极7b、9b与杯状物2、3电气接触并且与焊接在外罩1上的另一导体12电接触。如果外罩由绝缘材料制成，则直接由导线提供电极7b与9b之间的互联。
在非对称连接下，根据观察，水下听音器的总体电容基本上独立于施加在听音器浸在其中的介质的静压力(图9的曲线Cint/ext)，但是如果敏感元件6、8相同，则灵敏度较低(图10的曲线Sunsymm)。
根据观察，通过选择尺寸不同的敏感单元可以获得较高的灵敏度(图10的曲线S’unsymm)，示于下面的实验结果中。它们分别由12毫米和11毫米的压电圆盘获得。
由此形成的接收单元1可以简单地采用对声波透明的涂层。
比较好的是在保护组件中包含(图2，3)由塑料制成的平坦而薄的中心单元3，它带有中心凹口14，其尺寸适于装配到外罩1。中心凹口14的两个相对边缘提供间隔为d的槽口15，其间可以插入杯状物2、3的边缘4。中心单元可以由单片制成(图2)或者提供边缘4卡入的互补槽口15的两部分13a、13b制成(图3)。
中心单元13的两个相对边缘是圆角的。其间隔D适于刚性管16的内径(图5)，在外罩1插入后中心单元13放入刚性管。中心单元13的其他两个边缘由开口17穿过。
按照图4的实施例，其中一个边缘被去除，中心单元向该侧开口。
带插入接收单元1的中心单元13在放入管子6内以后嵌入(图5)厚度得到控制的密封护皮18。U形铸模部分(图6)因此与刚性管16内的组件(1，13)相连。该U形物的两条腿19a、19b适于插入组件1、13任一侧的管子16内而留下厚度确定的空间。声学透明塑料材料通过中心部分端部提供的开口17被注入组件1、13周围的空间内。在通过聚合作用硬化并去除U形铸模片19a、19b之后，涂层覆盖中心单元13内的接收单元1并且比较好的是沿着刚性管16的内壁(图5)。
按照图7的实施例，中心单元的两个部分13a、13b在保护护皮固化后被去除(见图3的实施例)。随后抑制直接振动传递可能来源的外罩1与刚性外管16之间的任何接触。该自由空间20仍然是空的但是也可以通过注入减震密封材料填充，为了改善施加在杯状物2、3上并且可能干扰信号的寄生振动，在注入前整体地或仅部分地(图8)插入铸模片21。
已经描述了刚性管9为旋转的圆柱体的实施例。这种管子特别适合于对水下测听或地震探矿应用中由船中拖曳的地震浮筒中接收单元必需以有规则的间隔排列的情况。但是只要不偏离本发明的范围，可以根据实际情况采用其他形状的容器。
已经描述了每个外罩1的杯状物2、3提供边缘4和中心单元13，以滑槽支承这些边缘的实施例。在不偏离本发明范围的前提下，可以采用不带边缘的杯状物，它们沿周边互相抵靠，并且中心单元适于在管子16内安装操作期间固定一个或更多的外罩。
权利要求
1.一种水下听音器，其特征在于包含一个检测单元，检测单元包括包含由两个杯状物(2，3)互相抵靠地限定的闭合外罩(1)，每个都提供柔性隔膜(4)并且至少两个与电极(7，9)相连的压电敏感元件(6，8)，其特征在于，两个敏感元件(6，8)分别紧固在隔膜(4)上，一个在外罩(1)外部，另一个在外罩(1)内部。
2.如权利要求1所述的水下听音器，其特征在于敏感元件(6，8)的尺寸不同。
3.如权利要求2所述的水下听音器，其特征在于敏感元件(6，8)的直径不同。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的水下听音器，其特征在于与杯状物(2，3)不接触的敏感元件的电极(7a，9a)电学互联并且与杯状物(2，3)接触的敏感元件的电极也电学互联。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的水下听音器，其特征在于包含刚性管(16)，它包含至少一个检测单元；适于接纳和支撑至少一个外罩的空心平坦中心单元(13)，该中心单元卡入刚性管(16)内；以及对每个外罩(1)上和一部分刚性管(16)内表面的保护密封涂层(18)。
6.如权利要求5所述的水下听音器，其特征在于每个外罩(1)的杯状物(2，3)沿周边(4)相互抵靠。
7.如权利要求6所述的水下听音器，其特征在于中心单元(13)提供内部滑槽(15)用于外罩(1)的两个杯状物(2，3)周边(4)的插入。
8.如权利要求5-7中任意一项所述的水下听音器，其特征在于中心单元(13)由一片制成。
9.如权利要求5-8中任意一项所述的水下听音器，其特征在于中心单元(13)由其间支撑每个外罩(1)的两部分(13a，13b)制成。
10.如权利要求5-9中任意一项所述的水下听音器，其特征在于杯状物(2，3)借助成形工艺如冲压工艺制成。
11.如权利要求5-10中任意一项所述的水下听音器，其特征在于中心单元(13)包含在密封涂层内。
12.如权利要求5-11中任意一项所述的水下听音器，其特征在于中心单元(13)在密封涂层形成后去除。
全文摘要
本发明的带一对敏感元件的水下听音器结合了现有技术水下听音器的优点。其内电极电容在较宽压力范围内基本上为常数,并且如果敏感元件的尺寸不同,则所获灵敏度与外罩外部对称连接获得的灵敏度为同一数量级。按照实施例,水下听音器包含刚性管,它包含至少一个检测单元;适于接纳和支撑至少一个外罩的空心平坦中心单元,该中心单元卡入刚性管内;以及每个外罩上并且作为刚性管内面一部分的保护密封涂层。
文档编号G01S7/521GK1272037SQ0010826
公开日2000年11月1日 申请日期2000年4月26日 优先权日1999年4月26日
发明者J·劳伦特, G·康斯坦丁诺 申请人:法国石油研究所, 文西技术公司