[发明专利]传感与消声一体化水听器及其实现方法

权利要求书

1.一种传感与消声一体化水听器，其特征在于：主要包括声学结构系统和电子控制系统，其中声学结构系统包括去耦隔声层、发射换能器、被动吸声层和PVDF水听器，PVDF水听器、被动吸声层、发射换能器、去耦隔声层、钢板粘贴在一起，整体灌注水密聚氨酯形成单个一体化水听器模块；PVDF水听器上设有振速传感器和接插件，PVDF水听器引线及发射换能器引线通过前端接插件分别引出；PVDF薄膜粘贴在背衬的正反两面，在背衬的正反两面粘贴多张小块PVDF薄膜构成整体PVDF薄膜；振速传感器采用嵌入式安装于背衬中心，得到PVDF水听器；陶瓷颗粒嵌入多孔的硬质泡沫内，所有陶瓷颗粒正极与负极分别并联，用两根导线引出，形成发射换能器；通过被动吸声层实现高频声波的吸声，通过发射换能器发声实现对低频声波的抵消。

2.一种传感与消声一体化水听器的实现方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一：根据灵敏度工作频率及PVDF薄膜的压电性能确定PVDF薄膜的厚度h_p，水听器的接收灵敏度随PVDF薄膜厚度的增大而增大；

步骤二：根据PVDF薄膜的横向灵敏度模态响应，确定将PVDF薄膜切割尺寸，避免横向灵敏度出现在工作频率；

步骤三：根据灵敏度响应的平坦性以及水听器的散射特性，确定背衬材料以及背衬厚度；

步骤四：将PVDF薄膜粘贴在背衬正反两面；

步骤五：把振速传感器采用软连接方式安装在背衬正中心，以保证振速传感器不受到外界振动的干扰且能实现与PVDF水听器同时接收到水中声波信号；

步骤六：将步骤四与步骤五采用聚氨酯灌注在一起，灌注模块应具有高灵敏度及高透声性能；

步骤七：根据被动吸声层吸声频率范围以及吸声系数确定被动吸声层的内部结构，包括实心层厚度及空腔结构形状，空腔的孔隙率；

步骤八：根据被动吸声层要求的抗高静水压特性，设计合适结构及确定采用的耐高静水压材料；

步骤九：根据工作频率f及陶瓷颗粒的纵向声速V确定陶瓷颗粒的高度h，之后确定陶瓷颗粒的长度a和宽度b；

步骤十：根据所需的带宽选择陶瓷颗粒与匹配层之间的占空比，占空比是指陶瓷颗粒与匹配层粘接的面积与匹配层面积之比；

步骤十一：把陶瓷颗粒插入多孔的硬质泡沫中，正极在上，负极在下，每个陶瓷颗粒相对独立，再采用PCB电路板将正极与负极分别并联，用两根导线引出，构成发射换能器；

步骤十二：在钢板与发射换能器中间粘接一块硬质泡沫形成去耦隔振层；

步骤十三：将接收水听器引线及发射换能器引线通过前端接插件分别引出；

步骤十四：将整体构件灌注水密聚氨酯，得到传感与消声一体化水听器模块；

步骤十五：外界声波作用在一体化水听器上时，水听器同时接收声压振速信号，被动吸声层吸收高频声波，主动控制系统控制换能器改变一体化水听器表面声阻抗，吸收低频声波，实现宽频段的传感与消声一体化。

3.根据权利要求2所述的传感与消声一体化水听器的实现方法，其特征在于：所述的振速传感器应具有高灵敏度及高散射特性。

4.根据权利要求2所述的传感与消声一体化水听器的实现方法，其特征在于：低频声波通过主动控制方法实现声波反射声的控制，高频声波通过被动吸声层实现吸收。