[发明专利]水下质点振速拾振器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水下声信号接收器。

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。

传统的矢量水听器根据工作机理不同，分为压差式和同振式两种类型，国内外的水声领域对其研究的历史已有几十年，目前已经有了很多成功的应用。压差式矢量水听器应用比较经典的例子如Kam W.Ng在1991年的美国专利NO.4982375中利用两个声压探头组成了一个声强探测器，其模型是基于压力梯度与振速之间的关系而设计的。压差式矢量水听器本身存在其固有的劣势和缺点：由于其结构尺寸是固定不变的，所以其测量的频带范围相对较窄；同时其灵敏度也相对较低。

同振式矢量水听器是目前比较流行的设计模型，相比与压差式矢量水听器其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。同振式矢量水听器的设计依据是水下刚性球的自由振动理论：当声学刚性球的几何尺寸远小于声波波长，即ka远小于1(k为波数，a为球体的最大线性尺寸)，则其振动速度的幅值V₀与声场中球心处水质点的振动速度幅值V₀之间的关系为

VsV0=3ρ02ρs+ρ0V0]]>

式中ρ_s和ρ₀分别为球体和水介质的密度

最早期的应用例如美国海军研究实验室研制成功的SV1和SV2型号的振速传感器；比较成熟的应用例如Thomas B.Gabrielson在1995年的美国专利NO.5392258中利用了一个地震检波器和一个声压水听器组成了一个声强探测器，其结构整体为中性浮力状态，可以检测水下某一平面内的声压与质点振速信息。近些年来为了降低早期同振式矢量水听器的悬挂系统带来的振动干扰，很多学者在其外部工作平台上做出很多改进，例如Benjamin A.Cary在美国专利NO.6370084中用橡胶材料来代替弹簧原件，让水听器工作在其内部；又如Nathan K.Naluai在美国专利NO.7536913中采用了内部固定安装的方式，将敏感元件安置在中心的四周。虽然这些设计在结构上有所改进，但是其工作状态为了满足其工作机理必须控制其整体结构的密度要与水相同，而且必须水听器本身要满足声学刚性条件，否则会对其测量信号的幅值与相位的准确性产生影响。

综上所述，基于两种传统工作机理的矢量水听器都存在其固有的缺点和限制，想要在根本上解决这些问题，需要在矢量水听器的工作机理上实现突破。

发明内容

本发明的目的在于提供水下一维空间方向上获取声场质点振速信息，在20-20000Hz频率范围内工作的水下质点振速拾振器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明水下质点振速拾振器，其特征是：包括振动传感器、壳体、悬置安装件、弹性材料、基座、电缆头，所述壳体为由第一聚氨酯半球壳体和第二聚氨酯半球壳体组成的球体，球体里灌有弹性材料，第一聚氨酯半球壳体的下平面和第二聚氨酯半球壳体的上平面以及第二聚氨酯半球壳体的球面上均设置有定位孔，悬置安装件通过定位孔固定在球体里，振动传感器通过悬置安装件固定在球体的球心处，第一聚氨酯半球壳体的球面上设置螺纹孔，基座通过螺纹孔与第一聚氨酯半球壳体相连，电缆头安装在基座上。

本发明还可以包括：

1、所述振动传感器包括铝质外壳、压电陶瓷、铜质垫片，铝质外壳里设置横梁，横梁上下两侧均安装铜质垫片，铜质垫片的外侧安装压电陶瓷。