[发明专利]三维圆环体形矢量水听器

说明书

技术领域

本发明涉及一种矢量水听器，具体地说是一种具有圆环体形结构的三维同振式矢量水听器。

背景技术

矢量水听器技术开始于上个世纪40年代，经过70多年的发展，已出现了各式各样的矢量水听器，广泛地应用于水声各个领域。然而对于同振式矢量水听器来说，虽然其内部敏感元件或原理多种多样，但声接收的原理却是不变的，所以就导致了同振型的矢量水听器基本上只有球形或柱形结构。如俄罗斯基于三维球形矢量水听器的低噪声测量系统CTAC-429，美国海军在DIFAR定向浮标系统中使用二维柱形复合矢量水听器作为声接收器。

同振式矢量水听器除了球形和柱形外还有呈圆盘状的，见专利“电容式同振矢量水听器及其工艺”（ZL200510127318.7）。但是这种矢量水听器只能用于一维声接收，工程应用非常有限。

近年来，结合球体和圆柱体的结构特点，国内外研制出了一种具有“胶囊”形结构的复合矢量水听器。如美国Wilcoxon公司研制TV-001型矢量水听器，见专利US2006044938A1，以及论文A miniature vector sensor for line array applications（IEEE Oceans 2003 Proceeding，2003(5)：2367-2370P）。在国内，哈尔滨工程大学于2009前后也研制成功了类似的三维复合矢量水听器，见论文“中频三轴向矢量水听器的研究”（振动与冲击，2011第30卷第3期），这种矢量水听器具有体积小、灵敏度高、噪声低的特点。

本发明中的圆环体形矢量水听器，在结构上不同于以往任何一种矢量水听器，而且具高灵敏度、使用空间小、成阵灵活等优点。目前关于这种新型结构的矢量水听器，国内外尚无公开发表的资料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有圆环体外形，制作工艺简单，能够方便快捷地实现三维水声测量的三维圆环体形矢量水听器。

本发明的目的是这样实现的：

包括一只中性浮力圆环体，弹性元件，悬挂环以及刚性支柱；用弹性元件和悬挂环实现中性浮力圆环体与刚性支柱之间的中心固定方式的柔性连接。

本发明还包括：

1.所述中性浮力圆环体采用低密度复合材料灌封制成，内部嵌有四只加速度计，并且内部嵌入不锈钢龙骨和肋骨结构。

2.所述的龙骨结构上有四个通孔，用于和弹性元件相连接。

3.所述加速度计具有三个轴向，相互正交对称放置于中性浮力体内构成矢量通道。

4.所述弹性元件为橡皮筋或拉伸弹簧。

5.所述悬挂环壁面上开有螺纹孔和通孔，分别用于连接刚性支柱和弹性元件。

6.所述的刚性支柱上有定位凹槽，用于固定悬挂环。

本发明中，圆环体结构可以看成是的圆柱体结构的衍变，理论依据仍采用同振柱形矢量水听器的设计理论，即在声场中，当声学刚性柱体的几何尺寸远远小于波长（即kl<<1，k是波数，l是刚性柱体的最大线性尺寸），且其密度和水相同时，则刚性柱将和声波作等幅同相振动，关系如下

V=2ρ0ρ‾+ρ0V0---(1)]]>

式(1)中：是刚性柱体的平均密度，ρ₀是水介质的密度，V和V₀分别对应柱体和水质点的振速幅值。

中性浮力圆环体在声波作用下振动，加速计感受振动并输出电信号，信号幅值正比于声质点振速幅值V₀。设每只加速度计的输出分别为a_ix，a_iy，a_iz（i＝1,2,3,4），则矢量水听器各通道的输出分别为