[发明专利]一种纵振矢量水听器

说明书

本发明公开了一种纵振矢量水听器，包括压电晶堆，所述压电晶堆等分为四个独立部分，分别对应于四个象限内，对压电晶堆进行极化，相邻两个象限极化方向相反，每部分的顶部和底部均插入电极片，每部分压电晶堆的电极片并联接外部的显示处理设备，所述压电晶堆上方为金属辐射头，下方为刚性金属块，三部分共轴堆叠；所述压电晶堆为圆环形结构，其包括偶数个压电陶瓷片，相邻两个压电陶瓷片的极化方向相反，所述显示处理设备将相邻两个象限的电压和曲线第一个峰值的归一值和入射声波方位角、仰角进行拟合，进而可以判断出入射声波的方向。其优点在于，运用电压和实现对入射声波方向的估计。

技术领域

本发明属于水声探测领域，特别设计一种纵振矢量水听器，通过水听器所接收的标量信息，对入射声波方向进行估计。

背景技术

声波是目前唯一能够在海水中进行远距离传播的能量形式，也是目前在水中良好的信息和能量的载体。迄今为止，利用声波作为信息载体进行海洋探测是水下信息获取的最佳方式。水声换能器最为一种水下的能量转换器件，在涉及海洋技术方面都取得了非常广泛的应用，已经成为不可或缺的关键器件。其中，用于接收的水声换能器称为水听器。目前，对于水下声波方位的被动估计大多借助于水听器基阵或者矢量水听器，其具有内部结构复杂、信号处理繁琐、成本高等缺点。

发明内容

基于上述问题，本申请提供一种结构简单、成本较低的纵振矢量水听器。其技术方案为，

一种纵振矢量水听器，包括压电晶堆，所述压电晶堆等分为四个独立部分，分别对应于四个象限内，对压电晶堆进行极化，相邻两个象限极化方向相反，每部分的顶部和底部均插入电极片，每部分压电晶堆的电极片并联接外部的显示处理设备，所述压电晶堆上方为金属辐射头，下方为刚性金属块，三部分共轴堆叠；所述压电晶堆为圆环形结构，其包括偶数个压电陶瓷片，相邻两个压电陶瓷片的极化方向相反，所述显示处理设备将相邻两个象限的电压和曲线第一个峰值的归一值和入射声波方位角、仰角进行拟合，进而可以判断出入射声波的方向。

进一步的，所述金属辐射头、压电晶堆、刚性金属块通过位于中心轴线处的预应力螺栓进行夹紧。

进一步的，所述压电晶堆、刚性金属块、预应力螺栓外包透声橡胶。

进一步的，相邻两个象限的电压和曲线第一个峰值的归一值和入射声波方位角的拟合曲线为：

V_θ和MAX＝1.201×sin(0.03795×θ+1.846)+0.1963×sin(0.08262×θ+3.55)

其中V_θ和MAX为第1、2象限、第1、4象限、第2、3象限、第3、4象限的电压和曲线第一个峰值的归一值，θ为入射声波方位角。

进一步的，相邻两个象限的电压和曲线第一个峰值的归一值和入射声波仰角的拟合曲线为：

其中为第1、2象限、第1、4象限、第2、3象限、第3、4象限的电压和曲线第一个峰值的归一值，为入射声波仰角。

有益效果

1.结构简单、成本低廉；

2.精度较高，应用MATLAB对其数据进行拟合，获得拟合公式，应用拟合公式计算所求方位角、仰角与真实角度之间的误差大约均为±1°左右。

附图说明

图1为本申请剖视图；

图2为本申请俯视图(省略金属辐射头)；

图3为本申请的有限元模型示意图；

图4为本实施方案的方位角拟合曲线图。

图5为本实施方案的仰角拟合曲线图。