[发明专利]三维同振夹心式水声接收器

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维同振夹心式水声接收器，其属于一种水下声压标量信号和质点振动加速度矢量信号接收装置。 

背景技术

随着同振式矢量水听器在水声工程各领域的广泛应用，对于其性能的要求也越来越高，特别是低频、高灵敏度、小型化以及中性浮力等。这些参数基本是相互制约关系，比如体积小，还要重量轻，灵敏度就不会高，频率也降不下来。传统的同振式矢量水听器在设计时一般采用压缩式或剪切式压电加速度计作为矢量通道敏感元件，而声压通道一般采用圆柱管、圆环或球形压电陶瓷敏感元件，这样的设计无论是采用商用加速度计还是自制，由于其结构中有质量块，因此水听器整体密度都比较大。所以，很多设计为了减轻重量，在矢量通道只采用一只加速度计，特别是矢量水听器阵元设计中，例如：《应用声学》，2006，25（6）：328-333中刊登的“中频小型矢量水听器设计研究”，《应用声学》，2005，24（2）：119-121中刊登的“二维同振柱形组合矢量水听器”等中公开的技术方案等。在这些二维柱形同振式矢量水听器的结构设计中，每个通道只采用一只振动传感器作为内部振子，尽管这样可以减轻重量，但是如果设计三维的水听器就不适用、很难实现。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以大大降低矢量水听器的整体质量，使水听器整体平均密度大幅降低，且各通道一致性好、测量精度高的三维同振球形矢量水听器。 

本发明采用的技术方案是：一种三维同振夹心式水声接收器，它包括标量振子、矢量振子、输出电缆和透声水密外壳。它还包括一个在正方体的平行面之间设有贯穿通道的正方体构架，位于正方体构架的每个平面上的贯穿通道内设有一个矢量振子，在每个平面上的贯穿通道外设有一个标量振子；所述标量振子和矢量振子均采用压电晶片作为敏感元件，并通过输出电缆与测量设备进行电连接；所述正方体构架内的三个贯穿通道互为正交，六个平面位置相应设置了六对标量振子和矢量振子，在标量振子的外部采用聚氨酯材料密封形成透声水密球形外壳。

所述标量振子是先把第一圆形压电晶片粘贴在减震垫上，再把减震垫粘贴在第一圆形金属基片上；所述矢量振子是在第二圆形金属基片的两面上各贴一个第二圆形压电晶片。

所述正方体构架采用三个直径相等的、互为正交的贯穿通道镂空，在贯穿通道的两端内均设有环槽；采用低密度复合材料制作的正方体构架上设有对称均布的悬挂孔。 

上述技术技术方案提供了一种标矢量振子采用相同敏感元件设计的三维同振球形矢量水听器，设计中无论是标量振子还是矢量振子都均采用的是叠片结构，因此各振子之间一致性好，另外由于叠片结构本身重量轻、低频灵敏度高，因此采用其作为敏感元件，不仅可以使矢量水听器获得更低的密度、更高的灵敏度，而且成本低、工艺简单，还大大改善了水听器的相位特性，这些优势使其在工程上具有非常广阔的应用前景。 

上述技术方案的理论依据仍然是同振式矢量水听器设计的理论依据，即：如果声学刚硬柱体的几何尺寸远远小于波长(即kL＜＜1，k是波数，L是刚硬柱体的最大线性尺度)，则其在水中声波作用下作自由运动时，刚硬柱体的振动速度幅值V与声场中柱体几何中心处水质点的振动速度幅值V₀之间存在以下关系： 

V=2ρ0ρ‾+ρ0V0]]>

其中：ρ₀枛水介质密度，ρ枛刚硬柱体的平均密度。 

由公式可知，当刚硬柱体的平均密度ρ等于水介质密度ρ₀时，其振动速度幅值V与声场中柱体几何中心处水质点的振动速度幅值V₀相同，这样只要刚硬柱体内部有可以拾取该振动速度的传感器件即可获得声场中柱体几何中心处水质点的振动速度。