声纳系统的利记博彩app

专利名称：声纳系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种声纳系统，尤其涉及一种主动声纳系统。
背景技术：
声纳系统是采用声波进行探测的装置。声纳系统在汽车监视器、鱼雷定位、水 中探测等领域有着广泛应用。由于光和电磁波在水中衰减很快，而声波衰减较慢，所 以声纳系统成为水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟
S示ο按工作方式声纳系统可以分为主动声纳系统和被动声纳系统。主动声纳系统 指声纳系统主动发射声波"照射"目标，而后接收水中目标反射的回波以测定目标的参 数。被动声呐系统指声呐系统被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射 的信号，以测定目标的方位。主动声纳系统一般由发射基阵、接收基阵、电子机柜和辅助设备四部分组成。 其中，发射基阵和接收基阵分别包括多个换能器，由多个换能器以一定几何图形排列组 合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行。电子机柜一般有发射、接收、显 示和控制等系统。辅助设备包括电源设备，连接电缆，水下接线箱和增音机，与发射 基阵或接收基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等装 置，以及声纳导流罩等。换能器是发射基阵及接收基阵中的重要器件，它是声能与其它形式的能如机 械能、电能、磁能等相互转换的装置。换能器有两个用途一是在水下发射声波，称 为“发射换能器”，相当于空气中的扬声器；二是在水下接收声波，称为“接收换能 器”，相当于空气中的传声器(俗称“麦克风”或“话筒”)。发射基阵包括发射换能 器阵列，接收基阵包括接收换能器阵列。传统换能器的工作原理是利用某些材料在电场或磁场的作用下发生伸缩的压电 效应或磁致伸缩效应。目前，常用的换能器为由压电陶瓷制备的压电换能器、由稀土合 金制备的超磁致伸缩换能器以及由铁电体材料制备的电致伸缩换能器。然而，上述换能 器通常需要电场或磁场才能够工作，所以需要专门提供电场或磁场的原件，导致采用该 换能器的声纳系统结构复杂。而且上述换能器采用压电陶瓷，稀土合金或铁电体材料制 备，导致采用该换能器的声纳系统重量较大。

发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种结构简单且重量较小的声纳系统。一种声纳系统，其包括至少一发射基阵用于发射声波；至少一接收基阵用于 接收声波；以及一电子机柜用于控制所述发射基阵和接收基阵工作，其中，所述发射基 阵包括至少一碳纳米管换能器，所述碳纳米管换能器包括一发声元件，该发声元件包 括一碳纳米管结构；以及至少两个间隔设置的电极，且该至少两个电极与所述发声元件电连接。一种声纳系统，其包括至少一发射基阵用于发射声波；至少一接收基阵用 于接收声波；以及一电子机柜用于控制所述发射基阵和接收基阵工作，其中，所述发射 基阵包括一绝缘基底；多个行电极与多个列电极设置于绝缘基底的表面，该多个行电 极与多个列电极相互交叉设置，每两个相邻的行电极与每两个相邻的列电极形成一个网 格，且行电极与列电极之间电绝缘；以及多个碳纳米管换能器，每个碳纳米管换能器对 应一个网格设置，每个碳纳米管换能器包括一第一电极、一第二电极和一发声元件； 所述第一电极与第二电极绝缘间隔设置于所述每个网格中，且分别与所述行电极和列电 极电连接；所述发声元件与所述第一电极和第二电极电连接，且所述发声元件包括一碳 纳米管结构。相较于现有技术，本发明提供的采用碳纳米管换能器作为发射基阵的声纳系统 中，碳纳米管换能器通过热声效应发声，无需专门提供电场或磁场的原件，所以采用该 碳纳米管换能器的声纳系统结构简单，且重量较轻。


图1为本发明第一实施例提供的声纳系统的结构示意图。图2为本发明第一实施例提供的声纳系统的平面发射换能器的结构示意图。图3为本发明第一实施例提供的声纳系统采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照 片。图4为本发明第一实施例的声纳系统采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照 片。图5为本发明第一实施例的声纳系统采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照 片。图6为图2的平面发射换能器在空气中的频率响应特性曲线。图7为图2的平面发射换能器在水中的频率响应特性曲线。图8为本发明第一实施例提供的声纳系统的立体发射换能器的结构示意图。图9为本发明第一实施例提供的声纳系统的方框图。图10为本发明第二实施例的声纳系统的结构示意图。图11为本发明第二实施例提供的声纳系统的发射基阵的俯视图。图12为沿图11中XII-XII线的剖面图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明提供的声纳系统作进一步的详细说明。 请参阅图1，本发明第一实施例提供一种声纳系统30，其包括至少一发射基阵 306、至少一接收基阵308，一电子机柜302以及收容该发射基阵306、接收基阵308和电 子机柜302的水下载体304。所述发射基阵306和接收基阵308分别与电子机柜302通 过电缆(图未示)相连接。当所述声纳系统30在水下工作时可以通过一吊放系统(图未 示)放入水中。所述水下载体304保护上述发射基阵306、接收基阵308和电子机柜302 不被水破坏。当所述声纳系统30包括多个发射基阵306和多个接收基阵308时，每一个发射基阵306与一接收基阵308成对设置于水下载体304的不同方位。本实施例中，所 述声纳系统30仅包括一个发射基阵306和一个接收基阵308。所述发射基阵306包括至少一碳纳米管发射换能器40，请参阅图2。所述发射 基阵306用来将电信号转换为声波信号，并发射出去。所述接收基阵308包括一接收换 能器阵列。所述接收换能器阵列可以为线阵或矩阵。所述接收换能器阵列中的接收换能 器可以为由压电陶瓷制备的压电换能器、由稀土合金制备的超磁致伸缩换能器以及由铁 电体材料制备的电致伸缩换能器中的一种或多种。本实施例中，所述接收基阵308包括 8X8个(共8行，每行8个)由压电陶瓷制备的压电换能器。所述接收基阵308的工作 频率范围为30KHz至1200KHZ。所述接收基阵308用来接收声波信号，并将声波信号转 换为电信号。请参阅图2，本实施例中，所述碳纳米管发射换能器40为一平面发射换能器， 其包括一第一电极402，一第二电极404以及一与该第一电极402和第二电极404分别电 连接的发声元件406。所述发声元件406包括一碳纳米管结构。该碳纳米管结构具有较 大的比表面积，从而具有与介质接触的较大表面积。所述碳纳米管结构的单位面积热容 小于2X10—4焦耳每平方厘米开尔文，优选地，所述碳纳米管结构的单位面积热容小于或 等于1.7X 10_6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管结构为一自支撑结构。所谓“自支撑结构”即该碳纳米管结构无 需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。该自支撑结构的碳纳米管结构包括多 个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管结构具有特定的 形状。所述碳纳米管结构中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米 管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米 50纳米，所述双壁碳纳米管 的直径为1.0纳米 50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米 50纳米。所述碳纳 米管的长度不限，优选地，碳纳米管的长度大于100微米。该碳纳米管结构可以为面状 或线状结构。由于该碳纳米管结构具有自支撑性，故该碳纳米管结构在不通过支撑体支 撑时仍可保持面状或线状结构。由于该碳纳米管结构中的碳纳米管具有很好的柔韧性， 使得该碳纳米管结构具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其组 合。具体地，所述碳纳米管膜可以为碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压 膜。所述碳纳米管线状结构可以包括至少一个碳纳米管线。当碳纳米管线状结构包括多 个碳纳米管线时，多个碳纳米管线平行排列组成束状结构或多个碳纳米管线相互扭转组 成绞线结构。当碳纳米管结构包括多个碳纳米管膜时，所述多个碳纳米管膜可以层叠设 置或共面设置。当碳纳米管结构仅包括一个碳纳米管线状结构时，该碳纳米管线状结构 可以折叠或盘绕形成一层状结构。当碳纳米管结构包括多个碳纳米管线状结构时，所述 多个碳纳米管线状结构可以相互平行设置、交叉设置或编织设置形成一层状结构。当碳 纳米管结构同时包括碳纳米管膜和碳纳米管线状结构时，所述碳纳米管线状结构可设置 于至少一碳纳米管膜的至少一表面。所述碳纳米管结构的长度，宽度以及厚度不限，可 以根据实际需要制备。 所述碳纳米管膜包括均勻分布的碳纳米管，碳纳米管之间通过范德华力紧密结 合。该碳纳米管膜中的碳纳米管为无序排列或有序排列。这里的无序排列指碳纳米管的排列无规则，这里的有序排列指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律。具体地， 当碳纳米管膜包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互缠绕或者该碳纳米管膜为各向 同性；当碳纳米管膜包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方向择优取向排列或 者该碳纳米管膜包括多个部分，每个部分中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列，相邻 两个部分中的碳纳米管的排列方式可相同或不同。请参阅图3，所述碳纳米管拉膜为从碳纳米管阵列中直接拉取获得的一种具有自 支撑性的碳纳米管膜。每一碳纳米管膜包括多个基本相互平行且基本平行于碳纳米管膜 表面排列的碳纳米管。具体地，所述碳纳米管膜包括多个所述碳纳米管通过范德华力首 尾相连且基本沿同一方向择优取向排列。每一碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的 碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多 个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米 管片段具有任意的宽度、厚度、均勻性及形状。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.5纳米 100微米，宽度与拉取该碳纳米管拉膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。所述碳纳 米管拉膜及其制备方法具体请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2008年8月 13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请“碳纳米管膜结构及其制备方法”。 为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一 部分。当所述碳纳米管结构包括层叠设置的多层碳纳米管拉膜时，相邻两层碳纳米管 拉膜中的择优取向排列的碳纳米管之间形成一交叉角度α，且α大于等于0度小于等于 90 度(0°《α《90° )。 本发明实施例的碳纳米管结构可以包括多个沿相同方向层叠设置的碳纳米管拉 膜，从而使碳纳米管结构中的碳纳米管均沿同一方向择优取向排列。本实施例中，所述 碳纳米管结构为一单层碳纳米管拉膜。所述碳纳米管碾压膜包括均勻分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向择优取向 排列、碳纳米管碾压膜为各向同性，或该碳纳米管膜包括多个部分，每个部分中的碳纳 米管沿同一方向择优取向排列，相邻两个部分中的碳纳米管的排列方式可相同或不同。 所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结 合，使得该碳纳米管结构具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由 于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾 压膜为一自支撑的结构。所述碳纳米管碾压膜可通过碾压一碳纳米管阵列获得。所述 碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与形成碳纳米管阵列的生长基底的表面形成一夹角β，其 中，β大于等于0度且小于等于15度(0《β《15° )，该夹角β与施加在碳纳米管阵列 上的压力有关，压力越大，该夹角越小，优选地，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行 于该生长基底排列。该碳纳米管碾压膜中碳纳米管的长度大于50微米。所述碳纳米管 碾压膜及其制备方法具体请参见范守善等人于2007年6月1日申请的，于2008年12月 3日公开的第CN101314464A号中国公开专利申请“碳纳米管膜的制备方法”。为节省 篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。所述碳纳米管结构可包括至少一碳纳米管絮化膜，该碳纳米管絮化膜包括相互 缠绕且均勻分布的碳纳米管。碳纳米管的长度大于10微米，优选地，碳纳米管的长度大于等于200微米且小于等于900微米。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠 绕，形成网络状结构。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均勻分布，无规则排列，使 得该碳纳米管絮化膜各向同性。由于在碳纳米管絮化膜中，碳纳米管相互缠绕，因此该 碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，且为一自支撑结构，可以弯曲折叠成任意形状而不 破裂。所述碳纳米管絮化膜的面积及厚度均不限，厚度为1微米 1毫米，优选为100 微米。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法具体请参见范守善等人于2007年4月13日申 请的，于2008年10月15日公开的第CN101284662A号中国公开专利申请“碳纳米管膜 的制备方法”。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申 请技术揭露的一部分。所述碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线轴向定向排列的碳纳米管。所述碳纳米 管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。该非扭转的碳纳米管线为将碳纳 米管拉膜通过有机溶剂处理得到。请参阅图4，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳 米管线轴向排列的碳纳米管，即碳纳米管的轴向与碳纳米管线的轴向基本平行。该扭转 的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图 5，该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管，即碳纳米管的 轴向沿碳纳米管线的轴向螺旋延伸。该非扭转的碳纳米管线与扭转的碳纳米管线长度不 限，直径为0.5纳米 100微米。所述碳纳米管线及其制备方法具体请参见范守善等人于 2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利
“一种碳纳米管绳及其制造方法”，以及于2005年12月16日申请的，于2007年6月20 日公开的第CN1982209A号中国公开专利申请“碳纳米管丝及其利记博彩app”。为节省篇 幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机 溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通 过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的直径及比表面积减小，密度及强度增大。由于该碳纳米管线为采用有机溶剂或机械力处理上述碳纳米管拉膜获得，该碳 纳米管拉膜为自支撑结构，所以该碳纳米管线为自支撑结构。所述第一电极402与第二电极404的具体结构和形式不限，其可以为导线、导电 片、导电膜等。所述导线可以为碳纳米管线，所述导电膜可以为碳纳米管膜。进一步， 所述碳纳米管发射换能器40还可以包括一支撑结构410，所述第一电极402、第二电极 404以及发声元件406设置于该支撑结构410上。由于碳纳米管发射换能器40为一平面 发射换能器，其发出的声波具有很好的定向性，所以可采用单个大面积的碳纳米管发射 换能器40代替传统的发射基阵。本实施例中，所述第一电极404与第二电极406为金属铜片，所述支撑结构410 为一玻璃板，所述碳纳米管结构为一 16层相互重叠设置的碳纳米管拉膜，且相邻碳纳米 管拉膜中的碳纳米管之间具有90度夹角。 可以理解，所述碳纳米管发射换能器40还可以包括多个第一电极404与多个第 二电极406，第一电极404与第二电极406平行间隔设置，且多个第一电极404电连接， 多个第二电极406电连接。 所述碳纳米管发射换能器40可以在气态介质或液态介质中工作。由于所述碳纳米结构的单位面积热容小于2X 10_4焦耳每平方厘米开尔文，当所述发声元件406接收到 信号后，所述发声元件406中的碳纳米管结构将电能转换为热能，并迅速与周围的介质 产生热交换，使周围介质的密度发生改变。当所述信号为周期变化的交流电信号或经过 调制后的音频电信号时，所述碳纳米管结构产生的热能也会同步发生改变 ，使所述发声 元件406周围的介质的密度也会产生变化，从而发出声波。当所述碳纳米管发射换能器40在气态介质中工作时，其发声频率范围为1赫兹 至10万赫兹(即IHz 100kHz)。图6为采用长宽均为30毫米且碳纳米管首尾相连且 沿同一方向择优取向排列的碳纳米管膜用作所述发声元件406，输入电压为50伏时，将 一麦克风放在距发声元件406大约5厘米的位置时测得的所述碳纳米管发射换能器40的 频率响应特性曲线。从图6中可以看出，所述发声装置的声压级大于50分贝，甚至可达 105分贝，所述发声装置的发声频率范围为100赫兹至10万赫兹(即IOOHz 100kHz)， 所述碳纳米管发射换能器40在500赫兹 4万赫兹频率范围内的失真度可小于3%，具有 较好的发声效果。由此可见，该碳纳米管发射换能器40能够发出频率大于10千赫兹的 超声波，可以用作发射基阵。当所述碳纳米管发射换能器40在液态介质中工作时，可以全部浸没在液态介质 (图未示)中。利用液态介质良好的导热性，可以对所述发声元件406及时散热。为保 证所述发声元件406的电热转换效率，所述液态介质的电阻率应大于2 X 10_2欧姆·米。 优选地，所述液态介质为非电解质溶液、纯水、海水、淡水及有机溶剂中的一种或任意 组合。在本实施例中，所述液态介质为纯水。所述纯水不仅电导率达到1.5X IO7欧 姆·米，且所述纯水的比热容也较大，可以迅速吸收碳纳米管结构表面的热量，对所述 碳纳米管结构进行快速散热。图7为所述碳纳米管发射换能器40在纯水水面下0.1厘米的深度时分别加40V、 50V及60V电压得到的频率响应特性曲线。所述碳纳米管发射换能器40的发声元件406 为采用16层同向重叠设置的碳纳米管拉膜所制成。在靠近所述水面的地方设置一麦克风 用于测试所述碳纳米管发射换能器40自所述水面下发出的声波。从图7可以看出，所述 发声元件406的发声强度超过60分贝每瓦声压级，最高可达95分贝每瓦声压级。所述 发声元件406在水中也可发出频率大于10千赫兹以上的超声波。因此所述碳纳米管发射 换能器40可以用作发射基阵。可以理解，本发明还可以通过一旋状装置(图未示)控制该碳纳米管发射换能器 40使其可以旋转至任意方向，或在声纳系统的四个方位、八个方位或多个方位分别设置 碳纳米管发射换能器40，从而实现对多个方向的探测。可选择地，本实施例中，所述碳纳米管发射换能器40还可以为一立体发射换能 器。请参阅图8，本发明实施例提供的声纳系统30采用一种立体碳纳米管发射换能器 50。该立体碳纳米管发射换能器50可以包括四个棒状电极502，即第一电极502a，第 二电极502b，第三电极502c及第四电极502d。所述第一电极502a，第二电极502b，第 三电极502c及第四电极502d空间平行间隔设置。所述发声元件504环绕所述第一电极 502a,第二电极502b，第三电极502c及第四电极502d设置，并与所述第一电极502a， 第二电极502b，第三电极502c及第四电极502d分别电连接，形成一环形发声元件504。 任意两个相邻的电极均分别与一发射机(图未示)的两端电连接，以使位于相邻电极之间的发声元件504接入输入信号。具体地，先将不相邻的两个电极电连接后与所述发射机 的一端电连接，剩下的两个电极电连接后与所述发射机的另一端电连接。本实施例中， 可先将所述第一电极502a及第三电极502c电连接后与所述发射机的一端电连接，再将所 述第二电极502b及第四电极502d电连接后与所述发射机的另一端电连接。上述连接方式 可实现相邻电极之间的碳纳米管结构的并联。并联后的碳纳米管结构具有较小的电阻， 可降低工作电压。另外，当所述发声元件504的面积较大时，所述第三电极502c及第四 电极502d也可进一步起到支撑所述发声元件504的作用。可以理解，所述碳纳米管发射 换能器50的电极数量不限于四个，只要电极数量大于二即可，如电极数量还可以为五 个、六个、八个等。由于上述碳纳米管发射换能器50的碳纳米管结构为一立体结构，且 该立体碳纳米管结构包括多个面朝向不同方位，可同时向多个方向传播声波，所以采用 该碳纳米管发射换能器50的声纳系统30可以无需旋转装置而对多个方位进行探测。可 以理解，所述碳纳米管结构也可以通过支撑柱(图未示)形成一立体结构，并将该碳纳米 管结构与两个电极电连接。请参阅图9，所述电子机柜302包括主控计算机、硬盘、传感器、输入输出控制 器、处理器、A/D转换器、发射机以及接收机。本实施例中，所述处理器为高速数字信 号处理器。所述A/D转换器为多通道A/D转换器。所述传感器包括姿态传感器或/和 温度传感器。所述电子机柜302的发射机和接收机，该发射机和接收机分别与发射基阵 306和接收基阵308连接，且该发射机和接收机分别通过输入输出控制器与主控计算机连 接。所述接收机通过A/D转 换器与处理器连接。所述处理器与主控计算机连接。所述 硬盘与主控计算机连接。所述传感器与输入输出控制器连接。进一步，当所述声纳系统 30在水下工作时，主控计算机可以通过以太网与一水上计算机连接。所述声纳系统30工作过程如下。由主控计算机通过输入输出控制器向发射机发 出门控信号，使发射机产生大功率电脉冲信号。所述电脉冲信号分别驱动发射基阵306， 使发射基阵306发射声脉冲信号。发射完毕后，主控计算机命令处理器启动A/D转换 器。同时，主控计算机通过输入输出控制器发出时变增益控制(TGC)信号。接收机开 始接收由接收基阵308收到的信号，经过接收机放大、滤波、正交解调后，通过A/D转 换器将该信号转换为数字信号，并输入到处理器。该处理器对该数字信号进行处理后， 将处理结果输入到主控计算机并保存至硬盘。同时，传感器的数据也通过输入输出控制 器传到主控计算机并保存至硬盘。进一步，所述主控计算机还可以通过对传感器传回的 数据进行分析处理后，再次发出门控信号。请参阅图10，本发明第二实施例提供一种声纳系统10，其包括一电子机柜 102，一第一发射基阵106，一第一接收基阵104，一第二发射基阵110，一第二接收基阵 108，以及收容该电子机柜102、第一发射基阵106，第一接收基阵104，第二发射基阵 110，第二接收基阵108的水下载体100。所述第一发射基阵106，第一接收基阵104， 第二发射基阵110，第二接收基阵108分别与电子机柜102通过电缆(图未示)相连接。 当所述声纳系统10在水下工作时可以通过一吊放系统(图未示)放入水中。本发明第二 实施例提供的声纳系统10与本发明第一实施例提供的声纳系统30的结构基本相同，其区 别在于所述声纳系统30包括两个发射基阵和两个接收基阵，每个发射基阵与一接收基阵 对应设置，每对发射基阵与接收基阵设置在声纳系统30的不同部位，且所述发射基阵包括一碳纳米管发射换能器阵列。请参阅图11及图12，本实施例提供的发射基阵20，其包括一绝缘基底202，多 个行电极204、多个列电极206以及多个碳纳米管发射换能器220。所述多个行电极204 与多个列电极206设置于该绝缘基底202上，并相互平行间隔设置。每两个相邻的行电 极204与两个相邻的列电极206形成一网格214，且每个网格214定位一个碳纳米管发射 换能器220，即碳纳米管发射换能器220与网格214 —一对应。所述的绝缘基底202为一绝缘基板，如陶瓷基板、玻璃基板、树脂基板及石英 基板等中的一种或多种。所述绝缘基底202的大小与厚度不限，本领域技术人员可以根 据实际需要，如根据发射基阵20的预定大小，设置绝缘基底202的尺寸。本实施例中， 所述绝缘基底202优选为一石英基板，其厚度约1毫米，边长为48毫米。所述多个行电极204与多个列电极206相互交叉设置，而且，在行电极204与列 电极206交叉处设置有一介质绝缘层216，该介质绝缘层216可确保行电极204与列电极 206之间电绝缘，以防止短路。多个行电极204或列电极206之间可以等间距设置，也可 以不等间距设置。优选地，多个行电极204或列电极206之间等间距设置。所述行电极 204与列电极206为导电材料或涂有导电材料层的绝缘材料。本实施例中，该多个行电极 204与多个列电极206优选为采用导电浆料印制的平面导电体，且该多个行电极204的行 间距为50微米 2厘米，多个列电极206的列间距为50微米 2厘米。该行电极204 与列电极206的宽度为30微米 100微米，厚度为10微米 50微米。本实施例中，该 行电极204与列电极206的交叉角度为10度到90度，优选为90度。本实施例中，可通 过丝网印刷法将导电浆料印制于绝缘基底202上制备行电极204与列电极206。该导电浆 料的成分包括金属粉、低熔点玻璃粉和粘结剂。其中，该金属粉优选为银粉，该粘结剂 优选为松油醇或乙基纤维素。该导电浆料中，金属粉的重量比为50% 90%，低熔点玻 璃粉的重量比为2% 10%，粘结剂的重量比为8% 40%。所述多个碳纳米管发射换能器220分别一一对应设置于上述多个网格214中。每 个碳纳米管发射换能器220包括一第一电极210，一第二电极212以及一发声元件208。 该第一电极210与第二电极212对应且绝缘间隔设置。每个网格214内的第一电极210和 第二电极212之间的距离不限，优选为10微米 2厘米。该发声元件208设置于第一电 极210与第二电极212之间，且分别与第一电极210及第二电极212电连接。该发声元 件208与绝缘基底202间隔设置。所述发声元件208与绝缘基底202之间的距离不限， 优选地，发声元件208与绝缘基底202之间的距离为10微米 2厘米。本实施例中，同 一行的碳纳米管发射换能器220中的第一电极210与同一行电极204电连接，同一列的碳 纳米管发射换能器220中的第二电极212与同一列电极206电连接，发声元件208与绝缘 基底202之间的距离为1毫米。所述发声元件208包括一碳纳米管结构。所述碳纳米管结构与本发明第一实施 例采用的碳纳米管结构相同。 所述第二电极212与第一电极210为导电体，如金属层等。该第一电极210可 以是行电极204的延伸部分，该第二电极212可以是列电极206的延伸部分。第一电极 210和行电极204可以一体成型，第二电极212和列电极206也可一体成型。本实施例 中，该第一电极210与第二电极212均为平面导电体，其尺寸由网格214的尺寸决定。该第一电极210直接与行电极204电连接，该第二电极212直接与列电极206电连接。所 述第一电极210与第二电极212的长度为20微米 1.5厘米，宽度为30微米 1厘米， 厚度为10微米 500微米。优选地，所述第二电极212与第一电极210的长度为100微 米 700微米，宽度为50微米 500微米，厚度为20微米 100微米。本实施例中， 该第一电极210与第二电极212的材料为导电浆料，通过丝网印刷法印制于绝缘基底202 上。该导电浆料的成分与上述行电极204，列电极206所用的导电浆料的成分相同。 所述碳纳米管发射换能器220进一步包括多个固定电极224设置于第一电极210 与第二电极212上。该固定电极224与第一电极210或第二电极212 —一对应。优选 地，该固定电极224形状大小以及材料与第一电极210与第二电极212的形状大小以及材 料相同。该固定电极224可确保将发声元件208更牢固地固定在第一电极210与第二电 极212上。本实施例中，在边长为48毫米的绝缘基底202上制备了 8X8个(共8行，每行 8个)碳纳米管发射换能器220。每个碳纳米管发射换能器220中的发声元件208为一碳 纳米管拉膜，且每个碳纳米管拉膜的长度为800微米，宽度为300微米。该碳纳米管拉 膜中的碳纳米管首尾相连，且从第一电极210向第二电极212延伸。该碳纳米管拉膜可 以通过自身的粘性固定于第一电极210与第二电极212上，或通过一导电粘结剂固定于第 一电极210与第二电极212上。进一步，所述发射基阵20还可以包括一保护壳(图未示)设置于绝缘基底202 上以覆盖所述行电极204，列电极206、第一电极210与第二电极212以及发声元件208。 所述保护壳可以采用具有一定硬度的材料制作，如金属或玻璃等。本实施例中，优选 地，保护壳上形成多个开孔，以使发声元件208发出的声波有效传播出去。所述保护壳 用来防止该发射基阵20在使用时不会被外力破坏。所述发射基阵20在使用时，可进一步包括一驱动电路，通过驱动电路可选择性 地对行电极204和列电极206通入电流，使与该行电极204和列电极206电连接的碳纳米 管发射换能器220工作，即可使该发射基阵20发出不同相位的声波，进而实现对不同方 位的探测。如果使发射基阵20的所有碳纳米管发射换能器220同时工作，还可以进一步 提高发射基阵20的发射功率和发射声波的指向性。本发明实施例提供的声纳系统可用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海 洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等方面。本发明实施例提供的声纳系统具有以下优点第一，由于碳纳米管换能器通过 热声效应发声，无需专门提供电场或磁场的原件，所以采用该碳纳米管换能器的声纳系 统结构简单，且重量较轻。第二，由于碳纳米管换能器中的碳纳米管结构可以为膜状， 所以可采用单个大面积的碳纳米管换能器作为发射基阵而取代现有的换能器阵列，从而 使声纳系统结构简单，易于制备，有利于降低声纳系统的成本。第三，由于碳纳米管换 能器将电能转换为热能，并迅速与周围的介质产生热交换，使周围介质的密度发生改变 从而发出声波，所以采用该发射换能器的声纳系统发出的声波具有更好的定向性，从而 提高了声纳系统的定位准确性。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发 明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种声纳系统，其包括至少一发射基阵用于发射声波；至少一接收基阵用于接收声波；以及一电子机柜用于控制所述发射基阵和接收基阵工作；其特征在于，所述发射基阵包括至少一碳纳米管换能器，所述碳纳米管换能器包 括一发声元件，该发声元件包括一碳纳米管结构；以及至少两个间隔设置的电极，且该至少两个电极与所述发声元件电连接。
2.如权利要求1所述的声纳系统，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米 管膜、至少一碳纳米管线状结构或其任意组合。
3.如权利要求2所述的声纳系统，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管基 本相互平行且平行于碳纳米管膜表面。
4.如权利要求2所述的声纳系统，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管通 过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列。
5.如权利要求2所述的声纳系统，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管相 互缠绕。
6.如权利要求2所述的声纳系统，其特征在于，所述碳纳米管线状结构包括至少一碳 纳米管线，所述碳纳米管线包括多个碳纳米管沿该碳纳米管线长度方向平行排列或呈螺 旋状排列。
7.如权利要求1所述的声纳系统，其特征在于，所述碳纳米管结构的单位面积热容小 于2 X ΙΟ"4焦耳每平方厘米开尔文。
8.如权利要求1所述的声纳系统，其特征在于，所述碳纳米管换能器进一步包括一支 撑结构，所述至少两个电极以及发声元件设置于该支撑结构并通过支撑结构支撑。
9.如权利要求1所述的声纳系统，其特征在于，所述电极数量大于三个，且间隔的两 个电极电连接。
10.如权利要求1所述的声纳系统，其特征在于，所述碳纳米管结构为一立体结构， 且该立体碳纳米管结构包括多个面朝向不同方位。
11.如权利要求1所述的声纳系统，其特征在于，所述接收基阵包括一接收换能器阵 列，所述接收换能器阵列中的接收换能器为压电换能器、超磁致伸缩换能器以及电致伸 缩换能器中的一种或多种。
12.如权利要求1所述的声纳系统，其特征在于，所述声纳系统进一步包括一水下载 体，所述电子机柜、发射基阵以及接收基阵收容于该水下载体中。
13.—种声纳系统，其包括至少一发射基阵用于发射声波； 至少一接收基阵用于接收声波；以及 一电子机柜用于控制所述发射基阵和接收基阵工作； 其特征在于，所述发射基阵包括 一绝缘基底；多个行电极与多个列电极设置于绝缘基底的表面，该多个行电极与多个列电极相互 交叉设置，每两个相邻的行电极与每两个相邻的列电极形成一个网格，且行电极与列电极之间电绝缘；以及多个碳纳米管换能器，每个碳纳米管换能器对应一个网格设置，每个碳纳米管 换能器包括一第一电极、一第二电极和一发声元件；所述第一电极与第二电极绝缘间 隔设置于所述每个网格中，且分别与所述行电极和列电极电连接；所述发声元件与所述 第一电极和第二电极电连接，且所述发声元件包括一碳纳米管结构。
14.如权利要求13所述的声纳系统，其特征在于，所述行电极与列电极的交叉角度为 10度到90度。
15.如权利要求13所述的声纳系统，其特征在于，所述发声元件与绝缘基底间隔设置。
16.如权利要求13所述的声纳系统，其特征在于，所述碳纳米管发射换能器进一步包 括多个固定电极设置于第一电极与第二电极上。
全文摘要
本发明涉及一种声纳系统，其包括至少一发射基阵用于发射声波；至少一接收基阵用于接收声波；以及一电子机柜用于控制所述发射基阵和接收基阵工作，其中，所述发射基阵包括至少一碳纳米管换能器，所述碳纳米管换能器包括一发声元件，该发声元件包括一碳纳米管结构；以及至少两个间隔设置的电极，且该至少两个电极与所述发声元件电连接。
文档编号G01S7/524GK102023297SQ20091019041
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者冯辰, 刘亮, 姜开利, 潜力, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司