[发明专利]一种基于挠曲电声压梯度测量的定位装置及其工作方法

说明书

本发明公开的一种基于挠曲电声压梯度测量的定位装置及其工作方法，属于传感器测量技术领域。包括绝缘外壳、紧固核心体、若干支撑悬臂和若干挠曲电介质端子；紧固核心体通过若干支撑悬臂密封地设置在绝缘外壳内部，绝缘外壳内部填充有绝缘传导介质；若干挠曲电介质端子的一端与紧固核心体固定连接，另一端悬空且朝向不同方向；挠曲电介质端子厚度方向上相对的两个表面设有电极，电极通过信号线与外部电荷测试系统连接。本发明的定位装置通过应变梯度导致的电极化，直接线性测量若干个方向声压的梯度大小，减小了定位传感系统的尺寸，结构紧凑，操作方便，便于使用。

技术领域

本发明属于传感器测量技术领域，具体涉及一种基于挠曲电声压梯度测量的定位装置及其工作方法。

背景技术

声波是广泛存在于宏观世界的能量形式，话筒、超声波雷达、水听器都是声波检测的基本器件。在应用领域，通过组合声波检测器件能够有效对检测物体进行定位。挠曲电声压梯度测量定位系统，通过测量声波的多个梯度方向的高阶声压，仅需简单装配即可探测得到声源方位。

挠曲电效应是一种力电耦合效应，它存在于几乎所有电介质材料中，当电介质发生非均匀应变导致的应变梯度时，电介质就会因为挠曲电效应产生电极化。对于测量声压值，由于其电响应微弱，结构设计复杂等多方面因素，其制造及应用都受到了一定的限制。而对于测量声压梯度值，由于其先天的力电耦合机理，可以有效地通过电学输出线性显示某方向声压梯度。

现有的声压传感器无法直接测量声压梯度，只能通过声压差商或声场中声压振速间接测量声压梯度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于挠曲电声压梯度测量的定位装置及其工作方法，结构简单紧凑，通过测量声波的多个梯度方向的声压，即可直接快速准确地探测得到声源方位。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种基于挠曲电声压梯度测量的定位装置，包括绝缘外壳、紧固核心体、若干支撑悬臂和若干挠曲电介质端子；紧固核心体通过若干支撑悬臂密封地设置在绝缘外壳内部，绝缘外壳内部填充有绝缘传导介质；若干挠曲电介质端子的一端与紧固核心体固定连接，另一端悬空且朝向不同方向；挠曲电介质端子厚度方向上相对的两个表面设有电极，电极通过信号线与外部电荷测试系统连接。

优选地，若干挠曲电介质端子之间的位置关系为正交。

优选地，挠曲电介质端子的数量≥3。

优选地，挠曲电介质端子为长方体、扇形体或半圆柱体。

优选地，挠曲电介质端子的长厚比大于2。

优选地，紧固核心体为正多面体。

优选地，绝缘外壳为球体，紧固核心体设在绝缘外壳的球心处。

优选地，挠曲电介质端子上的电极材质为铜或银，电极厚度为10^-9～10^-5m。

优选地，挠曲电介质端子为BST陶瓷，绝缘外壳为橡胶材质，绝缘传导介质为蓖麻油。

本发明公开了上述基于挠曲电声压梯度测量的定位装置的工作方法，包括：

水中的声波从挠曲电介质端子表面电极的法向量方向传来时，通过绝缘外壳和绝缘传导介质传递至紧固核心体上固定的若干挠曲电介质端子上，测量点处产生相应方向的声压梯度值，相应方向的声压梯度值与挠曲电介质端子厚度方向的总应变梯度值产生线性映射关系，挠曲电介质端子发生弯曲变形所输出的电荷量反映测量点处法向量方向的声压梯度值；每个挠曲电介质端子的电荷通过信号线输出至外部电荷测试系统，测量得出每个挠曲电介质端子法向量方向的声压梯度值，求解所有声压梯度值构成的向量，得到声源的方位。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：