[发明专利]一种小型化便携式多形态搭载的矢量水听器

说明书

本发明公开了一种小型化便携式多形态搭载的矢量水听器，属于水声探测技术领域。该水听器包括传感器单元、弹性透声外罩和弹性悬挂件，传感器单元通过弹性悬挂件安装于弹性透声外罩的中心位置；传感器单元包括依次连接的矢量声传感器、信号匹配电路、放大滤波电路、输出适配电路和传感器信号线缆；信号匹配电路、放大滤波电路和输出适配电路均位于陶瓷结构内；矢量声传感器位于陶瓷结构的顶部。本发明能够实现自主选择不同的工作模式，满足不同工作场景的应用需求。

技术领域

本发明涉及到水声探测技术领域，特别涉及一种小型化便携式多形态搭载的矢量水听器。

背景技术

水下目标的被动探测方法主要为声学感知、电场感知和磁场感知，目前应用范围最广、探测距离最远、识别效率最高的感知方法便是利用矢量水听器进行水下目标的噪声探测，矢量水听器的余弦指向性特性配合电子罗盘信息可以完成对目标方位信息的精确定位。

已经实现工程应用的水听器多为惯性矢量水听器,采用同振原理拾取水听器周围的声场信号，国内外使用较多的水听器核心部件多为基于压电原理的加速度或速度传感器，其核心感知单元的制备流程简单，但封装后的水听器尺寸较大，重量重，不能满足现在的阵列化探测和移动探测的需求，同时，设备的布放和回收难度较高，海上施工过程中存在安全隐患。

近年来，微机电领域的技术逐渐成熟，基于MEMS先进半导体工艺制备的传感器芯片具备小体积、高灵敏度、高一致性的特点，通过与水声学结合形成的同振式惯性传感器主要有压阻式、压电式和电容式。其中压阻式芯片和压电式芯片受限于制备工艺和能量转换材料的效率上限，制备完成的传感器具有灵敏度较低、热噪声较大等局限性，具备高可靠性、高灵敏度的MEMS电容式芯片在工程领域的应用范围正在逐渐扩大，但是从MEMS工艺实现、传感器封装、水听器性能测试再到系统应用的性能验证流程复杂且周期较长，适配MEMS电容式芯片的专用集成电路存在开发难度高、研制周期长，投入经费高，无法实现芯片功能的快速装备化的问题。

授权号为CN206593751U的专利中公开了“一种可刚性固定安装的同振型矢量水听器”，该装置采用压电元件作为核心感知单元，利用液体硅橡胶作为柔性材料层来隔绝平台抖动，该结构将传感器与电路进行不可拆卸包覆，在出现故障后无法进行核心感知单元与电路检修；授权号为CN103528663A的专利中公开了“具有隔振功能的MEMS矢量水听器封装结构”，该传感器处理装置采用压阻原件组成矢量水听器，使用PCB印制电路板作为水听器信号调理结构。上述公开的两专利存在如下问题：必须完成全部封装后才能测试水听器性能，无法进行便捷式拆装、故障排查以及电路更换，且外形结构不具备多平台搭载能力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小型化便携式多形态搭载的矢量水听器。该水听器化学稳定性好，布线密度高，实现了复杂电路的高密度集成。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种小型化便捷式多形态搭载的矢量水听器，包括传感器单元、弹性透声外罩和弹性悬挂件，所述传感器单元通过弹性悬挂件安装于弹性透声外罩的中心位置；所述传感器单元包括依次连接的矢量声传感器、信号匹配电路、放大滤波电路、输出适配电路和传感器信号线缆；所述信号匹配电路、放大滤波电路和输出适配电路均位于陶瓷结构内；所述矢量声传感器位于陶瓷结构的顶部。

进一步的，所述陶瓷结构内部设有上、中、下三个腔室，分别用于固定信号匹配电路、放大滤波电路和输出适配电路。

进一步的，所述矢量声传感器为MEMS电容式矢量声传感器。

进一步的，所述传感器单元还包括传感器密封壳和安装底板，所述传感器密封壳位于安装底板的上方，并与安装底板构成一密闭空间；所述陶瓷结构位于密闭空间内，且固定于安装底板的中心处；所述传感器密封壳外还设有用于安装弹性悬挂件的支耳。