[发明专利]在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器

说明书

技术领域

本发明涉及一种矢量水听器，具体地说是一种可在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器。

背景技术

矢量水听器是一种可以时间同步、空间共点测得水下声场中某一质点处的振动信号，内部一般均采用振动传感器作为拾取振动的单元，因此振动传感器可以选取加速度传感器、速度传感器和位移传感器。在设计、制作矢量水听器时，通常先将振动传感器按照空间三维坐标刚性连接成一体，然后将其放入灌封模具中，用防水材料进行灌封，最后脱去模具，就可得到制作好的矢量水听器。灌封材料的固化一般是在高温条件进行，高温有时会毁坏内部振动传感器。在研制这样结构的矢量水听器时，测量通道出现问题时通常是无法修复的，即无法对内部损坏的振动传感器进行更换。这种结构的矢量水听器的不可修复性，使矢量水听器的研制成本大大增加。因此设计结构简单、可修复的矢量水听器会大大降低矢量水听器的研制费用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作工艺简单，每个矢量通道具有可修复性的在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器。

本发明的目的是这样实现的：包括壳体和六只振动传感器，所述壳体是球体，球体上开有六个振动传感器安装孔和电缆输出孔，六个振动传感器安装孔按笛卡尔坐标均匀分布在球体表面，每只振动传感器安装孔中镶嵌一只振动传感器，每只振动传感器的连接电缆通过电缆输出孔引出，每只振动传感器上带有用于悬挂的安装螺纹孔。

所述球体是空心球体。

所述电缆是一根多芯输出电缆。

本发明的主要特点体现在：

1.六个用于悬挂的安装螺纹孔按笛卡尔坐标均匀分布在球体的外表面；

2.六只压振动传感器分别沿笛卡尔坐标的对称位置部放，并镶嵌在球体的外表面。

3.六只振动传感器可以进行更换。

根据同振式矢量水听器的设计原理，灌封材料一般要求选用低密度复合材料，来达到研制的矢量水听器在水中具有中性浮力的目的，此种矢量水听器通常为一个实心体，有时体积偏大。因此本发明的矢量水听器内部设计成空心结构，可以在保证矢量水听器在水中具有中性浮力的前提下，体积大大减小。

本发明采用两只振动传感器构成矢量水听器的一个矢量通道，两只振动传感器的输出经过差分电路后形成一个矢量通道的输出信号，这样既可提高矢量通道的灵敏度，又可以降低矢量通道的噪声。本发明的矢量水听器是一个球形的空心体，能完整地提供声场的三维矢量信息，同时矢量通道的灵敏度可增加6dB。

本发明提出了一种在水中具有中性浮力的空心球形矢量水听器，设计中采用了六只振动传感器构成矢量水听器的三个矢量通道，六只振动传感器按照笛卡尔坐标分别布放在球体的表面，可以对任意一只传感器进行更换，因此降低研制成本。本发明提出的矢量水听器采用了空心球形结构，这种结构很容易使矢量水听器在水中具有中性浮力，其体积比实心结构的大大减小，从而可以实现矢量水听器的小型化。

本发明的理论基础依旧是同振球形矢量水听器设计的理论，也就是如果声学刚硬球体的几何尺寸远小于声波波长(即kL＜＜1，k是波数，L是刚硬球的最大直径)，则其在水中声波的作用下做自由运动时，刚硬球体的振动速度幅值V与声场中球体几何中心处水质点的振动速度幅值V₀之间存在如下关系：

V=3ρ02ρ+ρ0V0]]>

式中——刚硬球体的平均密度；ρ₀——水介质密度。

由公式可知，当刚硬球体的平均密度ρ等于水介质密度ρ₀时，其振动速度幅值V与声场中球体几何中心处水质点的振动速度幅值V₀相同，这样只要刚硬球体有可以拾取该振动的传感器，就可以获得声场中球体几何中心处水质点的振动信号。