[发明专利]声反射器

说明书

技术领域

本发明涉及一种声反射器，更具体地涉及用作导航设备并用于定位和重定位的水下反射目标。

背景技术

水下反射目标通常为声反射器，其通常用在声纳系统中，例如用于标记水下结构。重定位装置例如用于识别管道、线缆和水雷，以及用于渔业中以利用声学标记渔网。

为了有效应用，声反射器需要能够容易地从背景特征和周围杂波中辨别出来，因此需要这样的反射目标：(a)能够产生相对于从背景特征和周围杂波反射回的声波强度来说比较强的反射声输出响应(即，高目标强度)；(b)具有使其能够与其它(错误)目标区别开的声学特性。

目前通过以下方式实现声波的增强反射，即：使入射在球形壳体一侧上的输入声波折射，从而使其沿输入路径聚焦到相对侧上，输入声波从该相对侧反射并作为输出反射响应出射。可选的是，可使输入声波在作为输出反射波出射之前从相对侧不止一次地反射。

公知的水下反射目标包括充有流体的球形壳体。这种充有流体的球形壳体在所选流体的声速约为840ms^-1时具有高目标强度。目前利用氯氟烃(CFC)作为壳体内的流体来实现上述高目标强度。这样的流体是通常不受欢迎的有机溶剂，这种有机溶剂是有毒且消耗臭氧的化学制剂。由于这样的材料会因为流体泄漏到周围环境而对周围环境造成污染的风险而可能危害环境，因而其使用受到限制，因此充有流体的球形壳体反射目标是有缺陷的。此外，充有流体的壳体反射目标制造起来相对较难而且较昂贵。

另一公知的声反射器是三面反射器，其通常包括三个在公共原点处相交的正交反射面。然而，这样的反射器可能会需要涂层，以便使该反射器能以所需的频率进行声学反射并用于海洋环境中，而且尽管该反射器具有高目标强度，但是涂层材料的反射特性易于随着在水下深度的压力而变化。而且，三面反射器的不利之处在于其反射率取决并受限于其方位(aspect)，其中在不同角度下会产生超过6dB的目标强度变化。

还期望存在适用于附着到海洋哺乳动物(例如，海豹、海豚和鲸)上的声反射标志，以便为了研究目的而定位、跟踪和监测海洋哺乳动物。期望这样的标志重量轻且尺寸小，从而在任何情况下都不会妨碍动物。然而，上文所述的公知反射器并不适用于这样的用途。如上文所述，充有液体的球形反射器依赖于有毒材料，因而被认为对其所附着的动物和该动物生存的周围环境具有潜在的危害。三面反射器并不是全向的，而是取决并受限于其方位，因此也不是理想的。

因此，期望存在一种声反射器，其耐用、无毒、尺寸小并且制造起来相对容易且廉价。

发明内容

根据本发明，提供了一种声反射器，该声反射器包括一壳体，所述壳体具有布置成围绕芯部的壁，所述壳体能够使入射在该壳体上的声波透射到所述芯部中以进行聚焦，并从所述壳体的与该声波入射的区域相对的区域反射，从而从该反射器提供反射声信号输出，该声反射器的特征在于：所述芯部呈球体或正圆柱体形式，并由一层或更多层的波速为840至1500ms^-1的固体材料的同心层形成；并且相对于所述芯部来确定所述壳体的尺寸，以使得入射到该壳体上的声波的一部分耦合到该壳体的壁内并在所述壁内绕该壳体的周边被引导，然后重新发射以与所述反射声信号输出相长地合成，从而提供增强的反射声信号输出。

所述反射器可以是球形或圆形截面垂直于母线的圆柱形。在为圆柱形的情况下，该反射器可以是纵向延伸的系统(即，绳索)，其具有来自镜反射(specular glint)的高声纳回波，该镜反射发生在该绳索的布置成与声信号的传播方向成直角的那些部分。

优选的是，所述芯部由波速介于840ms^-1和1300ms^-1之间的单一固体材料形成。可选的是，所述芯部包括两层或更多层的不同材料，对于具体选定的声波频率，这些材料会使入射波更有效地聚焦并且/或者降低在该材料内的衰减，从而总体上产生更强的输出信号。然而，在芯部分层的情况下，预计制造复杂性和成本自然会更大。在芯部由两层以上的不同材料形成的情况下，其中一种材料或两种材料可具有高达1500ms^-1的波速。

为了适用于在本发明的反射器装置中使用，所述芯部材料必须具有在所需范围内的波速而使声能不会被高度地吸收。所述芯部可由弹性体材料形成，所述弹性体材料例如是硅酮，特别是来自Bayer公司的RTV12或RTV655硅橡胶，或者是Alsil 14401过氧化物硫化硅橡胶。