[發(fā)明專利]一種二維矢量場水聽器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610277721.6
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105737967A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳蜀喬
• 申請（專利權(quán)）人: 陳蜀喬
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二維矢量場水聽器，屬于水聽器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水聽器是把水下聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的換能器。根據(jù)作用原理、換能原理、特性及構(gòu)造等的不同，有聲壓、振速、無向、指向、壓電、磁致伸縮、電動（動圈）等水聽器之分。水聽器與傳聲器在原理、性能上有很多相似之處，但由于傳聲媒質(zhì)的區(qū)別，水聽器必須有堅固的水密結(jié)構(gòu)，且須采用抗腐蝕材料的不透水電纜等。

聲壓水聽器探測水下聲信號以及噪聲聲壓變化并產(chǎn)生和聲壓成比例的電壓輸出。根據(jù)所用靈敏材料的不同，聲壓水聽器可以分為：壓電陶瓷聲壓水聽器、PVDF聲壓水聽器、壓電復(fù)合材料聲壓水聽器和光纖聲壓水聽器。

在水聲領(lǐng)域，主要包括標(biāo)量傳感器和矢量傳感器，也叫標(biāo)量水聽器和矢量水聽器。在聲場測量中，標(biāo)量水聽器(聲壓水聽器)，只能測量聲場中的標(biāo)量參數(shù)。矢量水聽器可測量聲場中的矢量參數(shù)，它的應(yīng)用有助于獲得聲場的矢量信息，對聲納設(shè)備的功能擴展具有極為關(guān)鍵的意義。

采用新型組合傳感器(聲壓和振速聯(lián)合)的聯(lián)合信息處理系統(tǒng)較傳統(tǒng)的單純聲壓信息處理系統(tǒng)具有良好的抗相干干擾能力和線譜檢測能力；采用單個小尺度的組合傳感器通過聯(lián)合信號處理，就可以進行目標(biāo)方位的聲壓、振速聯(lián)合估計，此外，從能量檢測的角度講，矢量水聽器的采用使系統(tǒng)的抗各向同性噪聲的能力獲得提高，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)場多目標(biāo)的識別等。矢量水聽器的研究工作受到極大重視。因此，包括矢量信息在內(nèi)的多信息檢測是聲納系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢，正越來越被各個海軍大國所重視。

國外矢量水聽器技術(shù)：聲矢量傳感器的設(shè)計采用的原理有電動原理(動圈式)；壓電原理，形式上多種多樣，例如利用水聽器準(zhǔn)基陣的SWALLOW浮標(biāo)系統(tǒng)，由8個陣元組成基陣，150m等間距垂直布放，工作深度為400～1300m，分析頻帶為0.6～20Hz，對于艦船輻射噪聲的次聲分量，聲強信噪比的增益比單純的聲壓測量高3～6dB。美國的Franklin，Barry及Benjamin矢量水聽器都是采用壓電原理，其中，Benjamin利用PCB公司T356B08型加速度計采用部分集成電路工藝，所作的矢量水聽器的頻響為100～2000Hz；靈敏度為100mV/gn；尺寸為<10～20cm。

由此可見，矢量水聽器的應(yīng)用，不僅檢測信息量加大，而且最低檢測頻率已經(jīng)達(dá)到0.6Hz的次聲頻段，外形尺寸也是越來越小。隨著新技術(shù)地不斷發(fā)展，不論標(biāo)量水聽器、還是矢量水聽器，各種敏感機理的測試(制作)方法都有不同的嘗試。近些年有幾種標(biāo)量水聽器：如采用PVDF膜(膜厚1000μm)的水聲傳感器，已被英國和法國海軍用于潛艇，稱為弗蘭克陣“FlankArrays”，光纖水聽器，日本東京大學(xué)報導(dǎo)的微加工技術(shù)制作的光干涉型微水聽器等，另外，還有MEMS水聽器的報導(dǎo)，如美國波士頓大學(xué)研制的水下聲場傳感器，通過檢測反射的激光束檢測聲場變化。在水聲領(lǐng)域，俄羅斯在靜音潛艇探測方面同樣走在世界前列，有代表性的產(chǎn)品是壓電矢量水聽器。據(jù)稱，美軍將在亞太布設(shè)的新型聲納是一種全天候被動式聲納，具有極強的探測靜音型潛艇的能力，較之以前使用的主動式聲納和中頻被動式聲納，其偵測距離可以達(dá)到300nmile以上，且具有更易于隱蔽和定位精度高等特點(裝備有慣性/衛(wèi)星定位復(fù)合定位系統(tǒng))。根據(jù)“具有極強的探測靜音型潛艇的能力”分析，極有可能是采用低頻測試。安靜型潛艇和艦船的本征噪聲都在低頻段，這就需要低頻段的矢量水聽器。即要求探測換能器具有低頻檢測能力。低頻三維空間全向矢量檢測器已成為新的技術(shù)需求。這種低頻矢量水聽器的研制成功可以預(yù)期解決遠(yuǎn)程傳播低頻信號的檢測問題。同時，隨著目標(biāo)信號的減弱，高靈敏度檢測問題也變得迫切。

光纖水聽器是利用光纖技術(shù)探測水下聲波的器件，它與傳統(tǒng)的壓電水聽器相比，具有極高的靈敏度、足夠大的動態(tài)范圍、本質(zhì)的抗電磁干擾能力、無阻抗匹配要求、系統(tǒng)“濕端”質(zhì)量輕和結(jié)構(gòu)的任意性等優(yōu)勢。光纖水聽器的主要軍事應(yīng)用包括：全光纖水聽器拖曳陣列、全光纖海底聲監(jiān)視系統(tǒng)(Ariaden計劃)、全光纖輕型潛艇和水面艦船共形水聽器陣列、超低頻光纖梯度水聽器、海洋環(huán)境噪聲及安靜型潛艇噪聲測量。美國目前正在開發(fā)大規(guī)模(幾百個單元)的全光纖水聽器陣列系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)。光纖水聽器及其陣列技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)獲得了重視和發(fā)展。