專利名稱：復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別是一種水下的復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水 聽器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代水聲工程中使用較多的是基于慣性傳感器的復(fù)合同振式矢量水聽
器，它主要適用于低頻段(20—2000Hz)的工程應(yīng)用。但隨著矢量水聽器在我 國水聲測量系統(tǒng)、水下運(yùn)動目標(biāo)測量、水下目標(biāo)噪聲測量等方面的普遍應(yīng)用， 對高頻矢量傳感器的需求日益迫切。
目前國外研制出的三維高頻矢量水聽器的上限工作頻率只能達(dá)到10kHz。國 內(nèi)上限工作頻率達(dá)到12.5kHz的復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器尚無公開發(fā) 表的資料。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合同振式高頻三軸向矢量 水聽器。本發(fā)明的目的是為了制作復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器，工作上 限頻率為12.5kHz，在設(shè)計(jì)中復(fù)合同振式三軸向高頻矢量水聽器內(nèi)部采用一只三 通道壓電加速度傳感器，構(gòu)成振速通道；在球型矢量傳感器的外殼上鑲嵌著八 只聲壓水聽器，構(gòu)成聲壓通道，以適應(yīng)水聲領(lǐng)域?qū)ν袷饺S向高頻矢量水聽 器的要求。
復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器的構(gòu)成，是由能感受與被測介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)相 同振動信息的三軸振動傳感器[l]、低密度復(fù)合材料層[2]、接收被測介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的 聲壓信息的聲壓水聽器[3]和罩在低密度復(fù)合材料層[2]外面的透聲外殼[4]構(gòu)成 的球形體結(jié)構(gòu)， 一個三軸向振動傳感器[l]置于低密度復(fù)合材料層[2]的中央，八
只聲壓水聽器[3]均勻?qū)ΨQ鑲嵌在低密度復(fù)合材料層[2]與透聲外殼[4]之間，在透 聲外殼[4]的表面有電纜頭[5]與四個掛環(huán)[6](如附圖1)。
本發(fā)明的復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器還具有如下的特點(diǎn)-
(1) 在低密度復(fù)合材料層[2]與透聲外殼[4]之間成對稱的均勻分布有八只 聲壓水聽器[3];
(2) 八只聲壓水聽器[3]的軸心指向球心，且輸出采用并聯(lián)連接；
(3) 在透聲外殼[4]外面還設(shè)有輸出信號電纜頭[5];
(4) 設(shè)有四個與透聲外殼[4]形成一體、成對稱分布的掛環(huán)[6]。 由于采用了三軸向振動傳感器[1]與八只聲壓水聽器[3]復(fù)合一體的結(jié)構(gòu)，可
以達(dá)到時間同步、空間共點(diǎn)測量水質(zhì)點(diǎn)振速的目的。
本同振式矢量水聽器設(shè)計(jì)的基本理論依據(jù)是聲學(xué)剛硬球體的幾何尺寸如
果遠(yuǎn)小于聲波波長，即a i a-波數(shù)，丄-球體的最大線性尺寸)，則球體在水
中聲波作用下做自由運(yùn)動，其振動速度的幅值K與聲場中球心處水質(zhì)點(diǎn)的振動
速度幅值之間存在以下關(guān)系
式中A)為水介質(zhì)密度；^為剛硬球的平均密度。
由上面的公式可知，為了使矢量水聽器的工作上限頻率達(dá)到12.5kHz，矢量 水聽器的直徑不能超過75mm。
本發(fā)明中采用一只三軸向振動傳感器[l]，避免了原來同振式三軸向低頻矢 量水聽器中采用六只獨(dú)立的加速度傳感器組成三軸向結(jié)構(gòu)所造成的幾何尺寸過 大的缺點(diǎn)，滿足了同振式三軸向高頻矢量水聽器小體積的要求。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供的復(fù)合同振式三軸向高頻矢量水聽器可以測得空間 質(zhì)點(diǎn)的三個正交方向的振動信息和聲壓信息。三軸向振動傳感器[l]體積小，復(fù) 合同振式高頻三軸向矢量水聽器直徑不超過70mm，工作上限頻率可達(dá)到 12.5kHz。該復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器體積小、工作頻帶寬、制作簡單。
該復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器可廣泛應(yīng)用于水聲領(lǐng)域，并可以工作在較 深水域。


圖1是復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器的側(cè)視局部剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施方式的復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器，由三軸向振動傳感器[l]、
低密度復(fù)合材料層[2]、八只聲壓水聽器[3]和透聲外殼[4]構(gòu)成的球形體結(jié)構(gòu)，一 個三軸向振動傳感器[1]置于低密度復(fù)合材料層[2]的中央，八只聲壓水聽器[3] 均勻鑲嵌在低密度復(fù)合材料層[2]與透聲外殼[4]之間，八只聲壓水聽器[3]的軸向 指向球心，且輸出采用并聯(lián)連接。低密度復(fù)合材料[2]是由以下重量百分比的材 料復(fù)合而成玻璃微珠23%、環(huán)氧樹脂77%。所述的透聲外殼[4]為聚胺酯材料。 在透聲外殼[4]外面還設(shè)有輸出信號電纜頭[5],四個掛環(huán)[6]與透聲外殼[4]形成一 體。
在水聲一級計(jì)量站對制作的復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器進(jìn)行校準(zhǔn)， 振速通道靈敏度為-193dB (10kHz， 0dB=lV/|iPa)，并且具有良好的余弦指向性； 聲壓通道靈敏度為-195dB (0dB=lV/pPa)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器有三個振速通道、一 個聲壓通道，上限工作頻率為12.5kHz，可以時間同步、空間共點(diǎn)測得水下聲場 中水質(zhì)點(diǎn)的矢量信息和標(biāo)量信息，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可工作在較深水域 的特點(diǎn)，可以應(yīng)用于水聲領(lǐng)域的各種測量。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器，其特征在于其結(jié)構(gòu)由三軸向振動傳感器[1]、低密度復(fù)合材料層[2]、八只聲壓水聽器[3]和罩在低密度復(fù)合材料層[2]外面的透聲外殼[4]構(gòu)成的球形體結(jié)構(gòu)；一個三軸向振動傳感器[1]置于低密度復(fù)合材料層[2]的中央，八只聲壓水聽器[3]均勻?qū)ΨQ地鑲嵌在低密度復(fù)合材料層[2]與透聲外殼[4]之間；在透聲外殼[4]外面還設(shè)有輸出信號電纜頭[5]和四個掛環(huán)[6]。
2、 如權(quán)利要求l所述的復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器，其特征在于八只聲壓水聽器[3]的軸向指向球心，且輸出采用并聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種復(fù)合同振式高頻三軸向矢量水聽器，它是由一只三軸向振動傳感器、八只聲壓水聽器構(gòu)成的球體。該矢量水聽器有三個振速通道、一個聲壓通道，上限工作頻率為12.5kHz，可測得水下聲場中水質(zhì)點(diǎn)的矢量信息和標(biāo)量信息。該矢量水聽器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可工作在較深水域的特點(diǎn)。該矢量水聽器可以應(yīng)用于水聲領(lǐng)域的各種測量。
文檔編號G01H3/00GK101101233SQ200710072328
公開日2008年1月9日 申請日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者時勝國, 楊德森, 洪連進(jìn), 陳洪娟 申請人:哈爾濱工程大學(xué)