[发明专利]三维矢量水听器

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS传感器领域中的矢量水听器，具体是一种三维矢量水听器。

背景技术

由声学理论可知，空间内任一个声信号都可以分解成X、Y、Z三个方向的分量信号，如图1所示。质点振速的三个分量：

vx=pρ0ccosθcosα]]>

vy=pρ0csinθcosα---(1)]]>

vz=pρ0csinα]]>

式中，p：声源的声压；

ρ₀：水的密度；

c：声速；

θ：声源在水平面内的方位角；

α：声源相对于水平面的俯仰角；

α=arctan(vzvx2+vy2)---(3)]]>

由此可见，只要测得质点振速在水平面内的二个振速分量v_x，v_y，就可以由式(2)得到声源在水平面内的方位角θ，以此确定声源的方向；测得质点振速的三个振速分量v_x，v_y，v_z，就可由式(3)得到声源的俯仰角α，以此定位声源位置，这就是三维矢量水听器实现声源定位的基本原理。

现有三维矢量水听器都是由三个一维水听器组合而成，例如：专利号为ZL200510010300.9的中国专利公开了一种“多片式组合集成型三维矢量水听器装置”，该传感器是由三个矢量水听器单元在X、Y、Z三维坐标空间上，相互间垂直固定，并采用灌封材料进行灌封；专利号为ZL200910072009.2的中国专利公开了一种“基于压电式速度传感器的三维矢量水听器”，该传感器由三只压电式速度传感器通过连接杆依次连接构成。实践证明，这类组合式结构的三维矢量水听器已能够对水下声信号实现三维矢量探测，并已具备在低频下灵敏度高的优势。但组合时，三个一维水听器间的结构对称性不易保证，尤其在小尺寸条件下，存在灵敏度不高、性能不稳定的缺点，不利于实现三维矢量水听器的微型化；且为不影响三个一维水听器间的垂直固定关系，封装工艺相对复杂，不易批量化生产。