[发明专利]可用于深水水下的同振式矢量接收器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水下接收器，具体地说是在深水环境下工作的具有中性浮力的接收器。

背景技术

水下接收器，通常称作水听器，它可以接收到在水下声场中传播的声信号。根据接收到的声信号不同可以分为声压水听器和矢量水听器，声压水听器能够获取水下声场中传播的声压信号；矢量水听器能够获取水下声场中传播的矢量信号，包括质点位移、加速度、速度以及声压梯度等信号。

矢量水听器，国外通常也称作水下矢量信号接收器，根据工作机理不同分为压差式和同振式两种类型，是近十年来国内水声领域十分关注的新型水声换能器件之一。与经典的声压水听器相比，同振式矢量水听器具有更高的低频灵敏度、更理想的低频余弦指向特性和小巧的体积、较轻的质量(在水下基本呈中性浮力)，因此在水声工程各个方面得到广泛的应用，特别是声纳浮标。

随着矢量水听器应用需求的不断迫切，矢量水听器的研制工作得到迅速发展。目前，国内在矢量水听器的研究方面已经基本实现系列化：频率范围从几Hz到十几kHz甚至更高、灵敏度从-210dB～-170dB甚至更高、平均密度已经接近水介质密度1000kg/m3甚至更低，被测物理量包括速度、加速度以及声压梯度，外形尺寸大到200～300mm、小到30～40mm甚至更小，形状有三维球形、二维柱形以及一维圆盘等(参见陈洪娟.矢量传感器.哈尔滨工程大学出版社，2006；杨德森.矢量水听器原理及应用引论.科学出版社，2009)。

但在国内，如上所述目前研制的矢量水听器应用深度一般只有几百米(不超过10MPa)。随着海洋资源开发与远洋战略的不断发展，国内外深海探测仪器设备的需求越来越多、越来越迫切。作为一种具有巨大应用潜力与优势的新型水下接收器——矢量水听器，目前国内只有能够在1000m深水环境下工作的样品(参见杨松涛.深水矢量水听器的研制[D].哈尔滨工程大学，2010)。

国外在深水矢量水听器的研制和应用领域，美国一直处于世界领先水平。比如，1988年，美国海军的Richard G.Adair，John A.Orcutt和William E.Farrell带领研究小组在南太平洋5.5千米处成功应用矢量水听器作为接收设备进行了水下声学测试并对接收的矢量信号进行了相关的处理，表明该小组所应用的矢量水听器可以承受至少55MPa的静水压(参见：RICHARD G.ADAIR，JOHN A.ORCUTT，AND WILLIAM E.FARRELL.Infrasonic Seismic and Acoustic Measurements in the Deep Ocean.IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING，VOL.13，NO.4，OCTOBER 1988)；1995年，美国加利福尼亚海洋环境大学斯克利普斯研究所的Peter F.Worcester等人在其开展的海洋环境监测项目(ATOC)中，通过在深度超过2000米的海底放置垂直矢量水听器线阵来提取海洋环境数据，每条线阵安置40个水听器，在更早的1994年1-2月间，这些研究人员还曾对矢量水听器阵元进行过单独的校准测定(参见：Peter F.Worcester，Kevin R.Hardy，David Horwitt，and Douglas A.Peckham.A DEEP OCEAN DATA RECOVERY MODULE.)；美国俄勒冈州立大学、北加利福尼亚州立大学和隶属于美国国家海洋大气委员会的太平洋环境实验室的研究人员在太平洋南纬21度25分12.6秒，西经176度12分45.5秒处水深500-1500米区间开展了海底水文信息探测，所用设备为垂直三元矢量线阵，实验于2009年12月至2010年4月历时5个月，成功的收集到该水域的海洋声场信息(参见：H.Matsumoto，D.Bohnenstiehl，R.P.Dziakl，L.Williams，R.Gliege，C.N.Meinig and P.Harben.A Vertical Hydrophone Array Coupled via Inductive Modem for Detecting Deep-Ocean Seismic and Volcanic Sources)。