[發明專利]三維圓環體形矢量水聽器

有效

• 申請號: 201310067898.X
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103152666A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 周宏坤;洪連進;楊德森
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04R1/44
• 分類號: H04R1/44;G01H3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種矢量水聽器，具體地說是一種具有圓環體形結構的三維同振式矢量水聽器。

背景技術

矢量水聽器技術開始于上個世紀40年代，經過70多年的發展，已出現了各式各樣的矢量水聽器，廣泛地應用于水聲各個領域。然而對于同振式矢量水聽器來說，雖然其內部敏感元件或原理多種多樣，但聲接收的原理卻是不變的，所以就導致了同振型的矢量水聽器基本上只有球形或柱形結構。如俄羅斯基于三維球形矢量水聽器的低噪聲測量系統CTAC-429，美國海軍在DIFAR定向浮標系統中使用二維柱形復合矢量水聽器作為聲接收器。

同振式矢量水聽器除了球形和柱形外還有呈圓盤狀的，見專利“電容式同振矢量水聽器及其工藝”（ZL200510127318.7）。但是這種矢量水聽器只能用于一維聲接收，工程應用非常有限。

近年來，結合球體和圓柱體的結構特點，國內外研制出了一種具有“膠囊”形結構的復合矢量水聽器。如美國Wilcoxon公司研制TV-001型矢量水聽器，見專利US2006044938A1，以及論文A?miniature?vector?sensor?for?line?array?applications（IEEE?Oceans?2003?Proceeding，2003(5)：2367-2370P）。在國內，哈爾濱工程大學于2009前后也研制成功了類似的三維復合矢量水聽器，見論文“中頻三軸向矢量水聽器的研究”（振動與沖擊，2011第30卷第3期），這種矢量水聽器具有體積小、靈敏度高、噪聲低的特點。

本發明中的圓環體形矢量水聽器，在結構上不同于以往任何一種矢量水聽器，而且具高靈敏度、使用空間小、成陣靈活等優點。目前關于這種新型結構的矢量水聽器，國內外尚無公開發表的資料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有圓環體外形，制作工藝簡單，能夠方便快捷地實現三維水聲測量的三維圓環體形矢量水聽器。

本發明的目的是這樣實現的：

包括一只中性浮力圓環體，彈性元件，懸掛環以及剛性支柱；用彈性元件和懸掛環實現中性浮力圓環體與剛性支柱之間的中心固定方式的柔性連接。

本發明還包括：

1.所述中性浮力圓環體采用低密度復合材料灌封制成，內部嵌有四只加速度計，并且內部嵌入不銹鋼龍骨和肋骨結構。

2.所述的龍骨結構上有四個通孔，用于和彈性元件相連接。

3.所述加速度計具有三個軸向，相互正交對稱放置于中性浮力體內構成矢量通道。

4.所述彈性元件為橡皮筋或拉伸彈簧。

5.所述懸掛環壁面上開有螺紋孔和通孔，分別用于連接剛性支柱和彈性元件。

6.所述的剛性支柱上有定位凹槽，用于固定懸掛環。

本發明中，圓環體結構可以看成是的圓柱體結構的衍變，理論依據仍采用同振柱形矢量水聽器的設計理論，即在聲場中，當聲學剛性柱體的幾何尺寸遠遠小于波長（即kl<<1，k是波數，l是剛性柱體的最大線性尺寸），且其密度和水相同時，則剛性柱將和聲波作等幅同相振動，關系如下

V=2ρ0ρ‾+ρ0V0---(1)]]>

式(1)中：是剛性柱體的平均密度，ρ₀是水介質的密度，V和V₀分別對應柱體和水質點的振速幅值。

中性浮力圓環體在聲波作用下振動，加速計感受振動并輸出電信號，信號幅值正比于聲質點振速幅值V₀。設每只加速度計的輸出分別為a_ix，a_iy，a_iz（i＝1,2,3,4），則矢量水聽器各通道的輸出分別為