[发明专利]复合同振式高频三轴向矢量水听器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别是一种水下的复合同振式高频三轴向矢量水听器。

背景技术

在现代水声工程中使用较多的是基于惯性传感器的复合同振式矢量水听器，它主要适用于低频段(20-2000Hz)的工程应用。但随着矢量水听器在我国水声测量系统、水下运动目标测量、水下目标噪声测量等方面的普遍应用，对高频矢量传感器的需求日益迫切。

目前国外研制出的三维高频矢量水听器的上限工作频率只能达到10kHz。国内上限工作频率达到12.5kHz的复合同振式高频三轴向矢量水听器尚无公开发表的资料。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种复合同振式高频三轴向矢量水听器。本发明的目的是为了制作复合同振式高频三轴向矢量水听器，工作上限频率为12.5kHz，在设计中复合同振式三轴向高频矢量水听器内部采用一只三通道压电加速度传感器，构成振速通道；在球型矢量传感器的外壳上镶嵌着八只声压水听器，构成声压通道，以适应水声领域对同振式三轴向高频矢量水听器的要求。

复合同振式高频三轴向矢量水听器的构成，是由能感受与被测介质质点相同振动信息的三轴振动传感器[1]、低密度复合材料层[2]、接收被测介质质点的声压信息的声压水听器[3]和罩在低密度复合材料层[2]外面的透声外壳[4]构成的球形体结构，一个三轴向振动传感器[1]置于低密度复合材料层[2]的中央，八只声压水听器[3]均匀对称镶嵌在低密度复合材料层[2]与透声外壳[4]之间，在透声外壳[4]的表面有电缆头[5]与四个挂环[6](如附图1)。

本发明的复合同振式高频三轴向矢量水听器还具有如下的特点：

(1)在低密度复合材料层[2]与透声外壳[4]之间成对称的均匀分布有八只声压水听器[3]；

(2)八只声压水听器[3]的轴心指向球心，且输出采用并联连接；

(3)在透声外壳[4]外面还设有输出信号电缆头[5]；

(4)设有四个与透声外壳[4]形成一体、成对称分布的挂环[6]。

由于采用了三轴向振动传感器[1]与八只声压水听器[3]复合一体的结构，可以达到时间同步、空间共点测量水质点振速的目的。

本同振式矢量水听器设计的基本理论依据是：声学刚硬球体的几何尺寸如果远小于声波波长，即kL＜＜1(k-波数，L-球体的最大线性尺寸)，则球体在水中声波作用下做自由运动，其振动速度的幅值V与声场中球心处水质点的振动速度幅值之间存在以下关系：

V = 3 ρ 0 2 ρ 1 + ρ 0 V 0 ]]>

式中ρ₀为水介质密度；ρ₁为刚硬球的平均密度。

由上面的公式可知，为了使矢量水听器的工作上限频率达到12.5kHz，矢量水听器的直径不能超过75mm。

本发明中采用一只三轴向振动传感器[1]，避免了原来同振式三轴向低频矢量水听器中采用六只独立的加速度传感器组成三轴向结构所造成的几何尺寸过大的缺点，满足了同振式三轴向高频矢量水听器小体积的要求。

本发明的优点是：提供的复合同振式三轴向高频矢量水听器可以测得空间质点的三个正交方向的振动信息和声压信息。三轴向振动传感器[1]体积小，复合同振式高频三轴向矢量水听器直径不超过70mm，工作上限频率可达到12.5kHz。该复合同振式高频三轴向矢量水听器体积小、工作频带宽、制作简单。该复合同振式高频三轴向矢量水听器可广泛应用于水声领域，并可以工作在较深水域。

附图说明