[實用新型]在水中具有中性浮力的空心結構的三維矢量水聽器

無效

• 申請號: 201120095725.5
• 申請日: 2011-04-02
• 公開（公告）號: CN202041278U
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 洪連進;楊德森;周宏坤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01H3/00
• 分類號: G01H3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種矢量水聽器，具體地說是一種可在水中具有中性浮力的空心結構的三維矢量水聽器。

背景技術

矢量水聽器是一種可以時間同步、空間共點測得水下聲場中某一質點處的振動信號，內部一般均采用振動傳感器作為拾取振動的單元，因此振動傳感器可以選取加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器。在設計、制作矢量水聽器時，通常先將振動傳感器按照空間三維坐標剛性連接成一體，然后將其放入灌封模具中，用防水材料進行灌封，最后脫去模具，就可得到制作好的矢量水聽器。灌封材料的固化一般是在高溫條件進行，高溫有時會毀壞內部振動傳感器。在研制這樣結構的矢量水聽器時，測量通道出現問題時通常是無法修復的，即無法對內部損壞的振動傳感器進行更換。這種結構的矢量水聽器的不可修復性，使矢量水聽器的研制成本大大增加。因此設計結構簡單、可修復的矢量水聽器會大大降低矢量水聽器的研制費用。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種制作工藝簡單，每個矢量通道具有可修復性的在水中具有中性浮力的空心結構的三維矢量水聽器。

本實用新型的目的是這樣實現的：包括殼體和六只振動傳感器，所述殼體是球體，球體上開有六個振動傳感器安裝孔和電纜輸出孔，六個振動傳感器安裝孔按笛卡爾坐標均勻分布在球體表面，每只振動傳感器安裝孔中鑲嵌一只振動傳感器，每只振動傳感器的連接電纜通過電纜輸出孔引出，每只振動傳感器上帶有用于懸掛的安裝螺紋孔。

所述球體是空心球體。

所述電纜是一根多芯輸出電纜。

本實用新型的主要特點體現在：

1.六個用于懸掛的安裝螺紋孔按笛卡爾坐標均勻分布在球體的外表面；

2.六只壓振動傳感器分別沿笛卡爾坐標的對稱位置部放，并鑲嵌在球體的外表面。

3.六只振動傳感器可以進行更換。

根據同振式矢量水聽器的設計原理，灌封材料一般要求選用低密度復合材料，來達到研制的矢量水聽器在水中具有中性浮力的目的，此種矢量水聽器通常為一個實心體，有時體積偏大。因此本實用新型的矢量水聽器內部設計成空心結構，可以在保證矢量水聽器在水中具有中性浮力的前提下，體積大大減小。

本實用新型采用兩只振動傳感器構成矢量水聽器的一個矢量通道，兩只振動傳感器的輸出經過差分電路后形成一個矢量通道的輸出信號，這樣既可提高矢量通道的靈敏度，又可以降低矢量通道的噪聲。本實用新型的矢量水聽器是一個球形的空心體，能完整地提供聲場的三維矢量信息，同時矢量通道的靈敏度可增加6dB。

本實用新型提出了一種在水中具有中性浮力的空心球形矢量水聽器，設計中采用了六只振動傳感器構成矢量水聽器的三個矢量通道，六只振動傳感器按照笛卡爾坐標分別布放在球體的表面，可以對任意一只傳感器進行更換，因此降低研制成本。本實用新型提出的矢量水聽器采用了空心球形結構，這種結構很容易使矢量水聽器在水中具有中性浮力，其體積比實心結構的大大減小，從而可以實現矢量水聽器的小型化。

本實用新型的理論基礎依舊是同振球形矢量水聽器設計的理論，也就是如果聲學剛硬球體的幾何尺寸遠小于聲波波長(即kL＜＜1，k是波數，L是剛硬球的最大直徑)，則其在水中聲波的作用下做自由運動時，剛硬球體的振動速度幅值V與聲場中球體幾何中心處水質點的振動速度幅值V₀之間存在如下關系：

式中——剛硬球體的平均密度；ρ₀——水介質密度。

由公式可知，當剛硬球體的平均密度ρ等于水介質密度ρ₀時，其振動速度幅值V與聲場中球體幾何中心處水質點的振動速度幅值V₀相同，這樣只要剛硬球體有可以拾取該振動的傳感器，就可以獲得聲場中球體幾何中心處水質點的振動信號。

所以本實用新型的優點是：采用由低密度復合材料構成的的空心球形結構很容易實現矢量水聽器在水中具有中性浮力的要求；具有相同工作頻帶的矢量水聽器，采用空心結構，比采用實心結構的體積更小，可以達到矢量水聽器小型化的目的。振動傳感器鑲嵌在空心球的表面，方便傳感器的更換，節約研制成本。本實用新型可以廣泛應用于水聲各領域，如聲納浮標、低噪聲運動目標的測量、目標定位等。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型的剖面圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本實用新型做更詳細的描述：

首先，將制作一個帶有七個圓孔的個空心球殼4，球殼4由剛性低密度復合材料組成，其中六個圓孔是按照笛卡爾空間坐標分部的，用來鑲嵌六只振動傳感器1。然后用防水膠將水密輸出電纜頭5固定在余下的一個圓孔中，并將輸出電纜的芯線3分成六組，分別從六個圓孔中取出。將已水密好的帶有安裝螺紋孔2的六只振動傳感器1的輸出線分別與從六個圓孔取出的輸出電纜的芯線3連接好后，采用防水膠分別將六只振動傳感器1固定在圓孔內，并將連接好的芯線3也同時送入充滿空氣6的空心球殼4中。這樣，可以在不破壞矢量水聽器整體結構的情況下，可以隨意更換任意一只振動傳感器1。