[發(fā)明專利]水下質(zhì)點(diǎn)振速拾振器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410298895.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN104048743A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳洪娟;趙天吉;張虎;成浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H3/00
• 分類號(hào): G01H3/00;G01H5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種水下聲信號(hào)接收器。

背景技術(shù)

水下接收器，通常稱作水聽器，它可以接收到在水下聲場(chǎng)中傳播的聲信號(hào)。根據(jù)接收到的聲信號(hào)不同可以分為聲壓水聽器和矢量水聽器，聲壓水聽器能夠獲取水下聲場(chǎng)中傳播的聲壓信號(hào)；矢量水聽器能夠獲取水下聲場(chǎng)中傳播的矢量信號(hào)，包括質(zhì)點(diǎn)位移、加速度、速度以及聲壓梯度等信號(hào)。

傳統(tǒng)的矢量水聽器根據(jù)工作機(jī)理不同，分為壓差式和同振式兩種類型，國(guó)內(nèi)外的水聲領(lǐng)域?qū)ζ溲芯康臍v史已有幾十年，目前已經(jīng)有了很多成功的應(yīng)用。壓差式矢量水聽器應(yīng)用比較經(jīng)典的例子如Kam?W.Ng在1991年的美國(guó)專利NO.4982375中利用兩個(gè)聲壓探頭組成了一個(gè)聲強(qiáng)探測(cè)器，其模型是基于壓力梯度與振速之間的關(guān)系而設(shè)計(jì)的。壓差式矢量水聽器本身存在其固有的劣勢(shì)和缺點(diǎn)：由于其結(jié)構(gòu)尺寸是固定不變的，所以其測(cè)量的頻帶范圍相對(duì)較窄；同時(shí)其靈敏度也相對(duì)較低。

同振式矢量水聽器是目前比較流行的設(shè)計(jì)模型，相比與壓差式矢量水聽器其具有更高的低頻靈敏度、更理想的低頻余弦指向特性和小巧的體積、較輕的質(zhì)量(在水下基本呈中性浮力)，因此在水聲工程各個(gè)方面得到廣泛的應(yīng)用。同振式矢量水聽器的設(shè)計(jì)依據(jù)是水下剛性球的自由振動(dòng)理論：當(dāng)聲學(xué)剛性球的幾何尺寸遠(yuǎn)小于聲波波長(zhǎng)，即ka遠(yuǎn)小于1(k為波數(shù)，a為球體的最大線性尺寸)，則其振動(dòng)速度的幅值V₀與聲場(chǎng)中球心處水質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度幅值V₀之間的關(guān)系為

VsV0=3ρ02ρs+ρ0V0]]>

式中ρ_s和ρ₀分別為球體和水介質(zhì)的密度

最早期的應(yīng)用例如美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室研制成功的SV1和SV2型號(hào)的振速傳感器；比較成熟的應(yīng)用例如Thomas?B.Gabrielson在1995年的美國(guó)專利NO.5392258中利用了一個(gè)地震檢波器和一個(gè)聲壓水聽器組成了一個(gè)聲強(qiáng)探測(cè)器，其結(jié)構(gòu)整體為中性浮力狀態(tài)，可以檢測(cè)水下某一平面內(nèi)的聲壓與質(zhì)點(diǎn)振速信息。近些年來為了降低早期同振式矢量水聽器的懸掛系統(tǒng)帶來的振動(dòng)干擾，很多學(xué)者在其外部工作平臺(tái)上做出很多改進(jìn)，例如Benjamin?A.Cary在美國(guó)專利NO.6370084中用橡膠材料來代替彈簧原件，讓水聽器工作在其內(nèi)部；又如Nathan?K.Naluai在美國(guó)專利NO.7536913中采用了內(nèi)部固定安裝的方式，將敏感元件安置在中心的四周。雖然這些設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)，但是其工作狀態(tài)為了滿足其工作機(jī)理必須控制其整體結(jié)構(gòu)的密度要與水相同，而且必須水聽器本身要滿足聲學(xué)剛性條件，否則會(huì)對(duì)其測(cè)量信號(hào)的幅值與相位的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

綜上所述，基于兩種傳統(tǒng)工作機(jī)理的矢量水聽器都存在其固有的缺點(diǎn)和限制，想要在根本上解決這些問題，需要在矢量水聽器的工作機(jī)理上實(shí)現(xiàn)突破。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供水下一維空間方向上獲取聲場(chǎng)質(zhì)點(diǎn)振速信息，在20-20000Hz頻率范圍內(nèi)工作的水下質(zhì)點(diǎn)振速拾振器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明水下質(zhì)點(diǎn)振速拾振器，其特征是：包括振動(dòng)傳感器、殼體、懸置安裝件、彈性材料、基座、電纜頭，所述殼體為由第一聚氨酯半球殼體和第二聚氨酯半球殼體組成的球體，球體里灌有彈性材料，第一聚氨酯半球殼體的下平面和第二聚氨酯半球殼體的上平面以及第二聚氨酯半球殼體的球面上均設(shè)置有定位孔，懸置安裝件通過定位孔固定在球體里，振動(dòng)傳感器通過懸置安裝件固定在球體的球心處，第一聚氨酯半球殼體的球面上設(shè)置螺紋孔，基座通過螺紋孔與第一聚氨酯半球殼體相連，電纜頭安裝在基座上。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述振動(dòng)傳感器包括鋁質(zhì)外殼、壓電陶瓷、銅質(zhì)墊片，鋁質(zhì)外殼里設(shè)置橫梁，橫梁上下兩側(cè)均安裝銅質(zhì)墊片，銅質(zhì)墊片的外側(cè)安裝壓電陶瓷。