具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

实施例1

本申请提供一种电声换能器在水下的静水压力补偿装置，不需要复杂的压力控制系统即可实现较高的换能器工作水深，且安装方便快捷，维护成本低，具备高可靠性、高补偿速度以及高补偿精度。

如图1-8所示，一种被动式简易静水压力补偿装置。静水压力补偿装置包括壳体结构、固定在壳体结构内的弹性隔膜3，所述弹性隔膜3为不透水隔膜，所述壳体结构用于与电声换能器20固定连接。所述壳体结构围成第一腔体，所述弹性隔膜3将第一腔体分为相互不连通的第一空腔、第二空腔。

所述电声换能器20上开设有充气口201，所述充气口201与阀门5一侧端口连接，所述阀门5另一侧端口用于与外部充气装置30连接。在本实施例中，阀门5采用球阀。

所述静水压力补偿装置还包括三通接头4，所述三通接头4的第一连接端、第二连接端、第三连接端分别与第一通孔101、电声换能器20上的充气口201、阀门5一侧端口对应连通，所述阀门5另一侧端口用于与外部充气装置连通。所述电声换能器20的充气口201与三通接口4的第二连接端之间可通过连通管6连通。连通管6可采用EVA弹簧管。电声换能器20、壳体结构之间可通过紧固结构连接。对于本申请的三通接口4，各个连接端彼此连通，即电声换能器20的充气口201与第一通孔101保持连通。由于第三连接端连接阀门5，因此当阀门5关闭时，即第三连接端与外界空气不连通。

外部充气装置30可采用空气压缩机。入水前，打开球阀，利用空气压缩机通过三通接头4向换能器、补偿装置的第一空腔充入一定压强的压缩空气。关闭球阀，换能器与补偿装置即可入水。若环境较为潮湿，可先抽真空，再充入压缩气体。充入的压缩气体较为干燥，以免破坏换能器内部的绝缘。

所述三通接头4、电声换能器20、壳体结构固定连接。

如图1所示，所述壳体结构包括相互连接的第一壳体1、第二壳体2，所述第一壳体1、第二壳体2围成第一腔体。所述第一壳体1、第二壳体2之间夹持并固定有所述弹性隔膜3。第一壳体1与弹性隔膜3的接触面可涂以防水胶，进一步确保装置的水密性。

如图8所示，所述第一壳体1与弹性隔膜3围成第一空腔，所述第二壳体2与弹性隔膜3围成第二空腔。

如图2、图4所示，第一壳体1的外壁面端部开设第一通孔101。第二壳体2的外壁面端部开设第二通孔102。第二通孔102的数量可为多个。所述第二壳体2的壁面为镂空结构。当静水压力补偿装置入水后，外部液体通过第二通孔102进入壳体结构内部，从而作用于弹性隔膜3。

所述第一壳体1的第一通孔101具有内螺纹，用于连接三通接头4的第一连接端。三通接头4与通孔的接触面可涂以防水胶，或三通接头4的螺纹可缠以生料带，以确保水密性。球阀与三通接头4的连接处也可进行类似的处理。

所述第一通孔101用于与电声换能器20内腔连通，所述第一空腔与电声换能器20内腔可形成密封空间。

所述第一壳体1与第二壳体2的几何尺寸可完全一致。每个壳体均包含半球壁与法兰盘。半球结构具有良好的承压能力。

第一壳体1、第二壳体2的壁厚可大于或等于3mm。若工作水深高于100m，应当根据工作水深适当增加半球壁的厚度。本领域技术人员可以理解，根据工作水深，如何设置装置的厚度。

所述第一壳体1半径较大一端安装有第一法兰盘11，所述第二壳体2半径较大一端安装有与第一法兰盘11相对的第二法兰盘21，所述第一法兰盘11、第二法兰盘21通过在周向方向上间隔设置的多个紧固结构固定连接；所述第一法兰盘11、第二法兰盘21之间夹持并固定有所述弹性隔膜3；各个紧固结构均穿过弹性隔膜3。

第一法兰盘11上沿周向等距分布有多个第三通孔103。

第二法兰盘21上沿周向等距分布有多个第四通孔104。

所述弹性隔膜3的材料为硅橡胶、氟橡胶或硫化橡胶。优选地，材料的硬度低于75HS。

如图3所示，弹性隔膜3形状为圆形，沿弹性隔膜3周向方向等距分布有多个第五通孔105，多个第五通孔105的排布与多个第三通孔104、多个第四通孔104的排布方式一致。未向内部空间充入压缩空气时，弹性隔膜3不受拉伸，其形态为平面。

螺栓依次穿过第三通孔103、第五通孔105、第四通孔104，从而将第一法兰盘11、弹性隔膜3、第二法兰盘21固定连接。

第一壳体1与第二壳体2的材料具有较大的刚度，可为硬质材料，优选为304不锈钢、玻璃钢等。

换能器与静水压力补偿装置一起入水后，在一定水深范围内，换能器内部空间的压强与外部静水压力保持一致，未施加激励时换能器的辐射面不会受压变形，达到了静水压力补偿的目的。

如图5-7所示，入水前，打开球阀充入压缩空气后，弹性隔膜3在两侧压力差的作用下发生延展与形变，紧贴于第二壳体2的半球壁，其形态为曲面，见图5。当工作水深小于最小工作水深时，静水压力补偿装置内部的压强大于静水压力。静水压力补偿装置不具备压力补偿能力。关闭球阀，入水并达到最小工作水深之后，随着工作水深的增加，弹性隔膜3的形态将由曲面逐渐变为平面，并朝第一壳体1一侧延展与变形，其形态再次变为曲面，如图6、图7所示。达到最大工作水深时，弹性隔膜3将紧贴于第一壳体1的半球壁。此时静水压力补偿装置的内部已充满液体，不再具备静水压力补偿的能力。

本申请中，最小工作水深指的是换能器内腔的气压与外部水压相同时，换能器所在的水深位置。

弹性隔膜3是否被外界水压缩向左移动，受第二壳体2的影响不大，主要是外界水压和补偿装置内部压强的关系，即第二壳体2的主要作用是在岸上充气时，限制弹性隔膜3充气后的体积不要过大。

本申请的补偿装置充气后，弹性隔膜3可为拉伸状态。入水后处于某一水深时，即弹性隔膜3的平面刚好位于第一壳体1、第二壳体2之间时，弹性隔膜3为正常不拉伸状态，其余水深均为拉伸状态。也可以特制一张球面膜，甲板上未充气时、充气后弹性隔膜3与壳体接触，为正常状态，入水后，若弹性隔膜3与第一壳体1内壁或第二壳体2内壁接触时，弹性隔膜3为正常不拉伸状态，其他状态时为拉伸状态。

静水压力补偿装置经由三通接头4、EVA弹簧管与电声换能器相连。静水压力补偿装置的第一空气内部空间与电声换能器的内部空间相互连通，两者的压强保持一致。

本申请中，电声换能器可通过缆绳与船体或浮标固定。

本申请的补偿装置，优选布置在换能器位移较小的位置，例如若在电声换能器长度方向上伸缩，则可在电声换能器长度方向的中部位置设置充气口201，且将中部位置与补偿装置固定。即，本申请的补偿装置，优选布置在远离电声换能器振动最大的端部的位置。

实施例2

如图9所示，本实施例2与实施例1的区别在于，本实施例中未设置三通接口4。所述电声换能器20上开设有通气口202，所述电声换能器20与壳体结构之间设置有连通管6，所述连通管6两端开口分别与通气口202、第一通孔101对应连通。连通管6可通过带螺纹的接口7与第一通孔101连接。

实施例3

本实施例3与实施例1的区别在于，除了第一通孔101外，在第一壳体1上设置充气口，且充气口与阀门一侧端口连接，阀门另一侧端口与外部充气装置30连接。即，充入气体通过充气口先进入第一空腔，再通过第一通孔101进入电声换能器的内腔。

实施例4

本发明还提供一种如上述静水压力补偿装置的工作参数计算方法，其特征在于，利用下式计算最大工作水深h _max：

其中，V _s 为电声换能器20的内腔体积，V _c 为电声换能器20刚入水时第一空腔的体积；P ₀为电声换能器20刚入水时第一空腔的相对气压值，标准大气压P _atm =1atm，水的密度ρ=1000kg/m³，重力加速度g=9.8m/s²；

利用下式计算静水压力补偿装置的最小工作水深h ₁：

。

最小工作水深h ₁、最大工作水深h _max的大小与入水前充入压缩空气的压强P ₀的大小、电声换能器内部空间的体积V _s 、电声换能器20刚入水时第一空腔的体积V _c 有关，可利用下述方法进行估计。此处，由于弹性隔膜3的体积较小，电声换能器20刚入水时，弹性隔膜3紧贴第二壳体2的内壁，因此将第一腔体的体积近似为电声换能器20刚入水时第一空腔的体积。

如图10所示，为理想气体的压缩过程。等温线对应于缓慢压缩过程，在该过程中气体的温度不会发生变化，气体的压强P与体积V的乘积为一恒定值，即P ₁ V ₁=P ₂ V ₂=const。该公式中，P ₁、P ₂均为绝对气压值。换能器下放时，是被外界水压缓慢压缩的过程，因此采用缓慢压缩的公式。

h ₁是指补偿装置的体积刚好未发生变化的水深。h ₁到h _max的范围为补偿装置的工作深度范围。

可在换能器的壁上开通孔附加一压力计，也可通过空气压缩机自身的压力计读得入水前充入压缩空气的气压P ₀，也可在第一空腔内设置气压测量单元。

以某一工程实例为例，V _s =7L，V _c =13L。若充入相对气压值P ₀=1.5atm（即绝对气压值为2.5atm）的压缩空气，则最小工作水深为15m，最大工作水深为61m。若欲提高最大工作水深，应增加充入压缩空气的压强或增大静水压力补偿装置的第一腔体的内径，从而可增大第一空腔的体积。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。