CN100425423C - 球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化加工方法 - Google Patents

球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化的加工方法，它是将一只三维振动传感器置于低密度复合材料球体中央，且外表面均匀镶嵌八只声压水听器，在距外表面镶嵌着八只声压水听器的球体外部借助模具安放一个具有四只挂环的圆环，该圆环与球体表面保持一定距离。最后采用透声材料包敷整个球体，外表面只有四个挂环。采用该加工方法可以制作满足大深度水域要求的球形高频矢量传感器，以满足水声领域的需求。

Description

球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化加工方法
技术领域
本发明涉及一种加工方法，特别是一种球形高频矢量传感器振速通道、声压通道的一体化加工方法。
背景技术
为了完整地描述水下声场和充分利用水下声场信息，不仅要知道声场中的标量信息，例如声压等，还要知道声场中的矢量信息，例如质点振速、质点加速度、位移等，能实现这些物理量的测量装置就是组合式矢量传感器，它具有一个声压通道和三个正交的矢量通道。目前我国矢量传感器技术在低频段(20-2000Hz)已完全实现了技术、工艺的国产化，且低频矢量传感器已经走向工程应用。但随着矢量水听器在我国水声测量系统、水下运动目标测量、水下目标噪声测量等方面的普遍应用，对能工作在深水的球形高频矢量传感器的需求日益迫切。
根据同振式矢量传感器的设计原理，高频矢量传感器的上限工作频率受水中声波波长的限制，其体积较小，制作既有振速通道、又有声压通道的高频矢量水听器，工艺技术上存在很大的难度。
目前国内外球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化加工方法方面尚无公开发表的资料。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化加工方法。在设计中，球形高频矢量传感器内部采用一只三通道压电传感器，同时在球型矢量传感器的外壳上镶嵌着八只声压水听器及悬挂部件，最后采用透声材料包敷成球形，达到三个振速通道、声压通道及悬挂部件一体化，且能在深水中工作的目的。
本发明的球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化加工方法，其操作步骤如下：
(1)将传感器置于一球形模具中心处，同时将声压水听器固定于模具内表面上；
(2)将低密度复合材料灌注到球形模具中，待低密度复合材料完全固化后脱去模具；
(3)将得到的外表面镶嵌着声压水听器的低密度复合材料体放入另外一个模具中。并将带有挂环的圆环套于低密度复合材料球体的腰部，确保圆环不与低密度复合材料球体表面接触；
(4)将透声材料灌注到模具中，经高温固化后脱去外模具，得到带有挂环、传感器、声压水听器的一体化结构的高频球形矢量传感器。
本发明的球形高频矢量水听器振速通道、声压通道一体化加工方法还具有如下特点：
第(2)步骤中的低密度复合材料由以下重量百分比的材料组成：玻璃微珠10-30％、环氧树脂90-70％。
第(4)步骤中的透声材料为聚胺酯透声材料。
第(4)步骤中的高温固化温度为70-90℃。
上述方法制作的水听器经过在300米水深的实际应用工作正常。本发明可以作为球形高频矢量传感器工作在大深度水域的工艺技术保证，采用该加工方法可以制作出满足大深度要求的高频球形矢量传感器，以满足水声领域的要求。
本发明的优点是：带有四个挂环的圆环是一个独立的结构，圆环的厚度为2mm。由于声压水听器直接镶嵌在复合材料的表面上，从而节省了布放空间，保证了高频球形矢量传感器具有较小体积的特点，因此，采用该加工方法制作的球形高频矢量传感器在保证满足小体积要求的前提下，其水下工作深度可达到300m。本发明可以作为制作深水条件下工作的球形高频矢量传感器工艺保证。
附图说明
图1是由本发明加工的球形高频矢量传感器的俯视剖面示意图。
具体实施方式
本实施方式的球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化加工方法是按如下步骤进行的：首先，清洗所有部件，将传感器[1]置于一球形模具中，同时将八只声压水听器[3]也固定于模具上，将调配好的低密度复合材料[2]灌注到球形模具中，待低密度复合材料[2]完全固化后，脱去模具并清洗。将得到的外表面镶嵌着八只声压水听器[3]的球体放入另一外模具中，并将带有四个挂环[5]的圆环[4]置于球形低密度复合材料[2]的腰部位置。准确调整好圆环[4]的位置，确保圆环[4]不与低密度复合材料[2]的球表面接触。然后将调配好的透声材料[6]灌注到模具中，经高温固化后脱去外模具，得到四只挂环[5]、传感器[1]、八只声压水听器[3]一体化结构的高频球形矢量传感器。制作的高频球形矢量水听器的直径为70mm。上述低密度复合材料为以下重量百分比的材料组成：玻璃微珠23％、环氧树脂77％。
本发明的结构(如图1)，它包括能够测量三维振速信号的传感器[1]、将传感器[1]包敷成球形结构的玻璃微珠与环氧树脂的低密度复合材料[2]、八只对称镶嵌在球形低密度复合材料[2]表面的、且轴心均指向球心的采用并联连接的声压水听器[3]、采用聚胺酯透声材料[4]将带有四个挂环[5]的圆环[4]密封成球形。传感器[1]作为振速通道，并联的八只声压水听器[3]作为声压通道。由于圆环[4]处在透声材料[6]的中间层，可以避免水通过四个挂环[5]向内部渗透，保证球形矢量传感器能工作在大深度的水域中。
本矢量传感器的工艺技术依据是：当同振式球形矢量传感器的上限工作频率为12.5kHz时，其体积一般不应大于75mm。为了使矢量传感器的整体平均密度接近水介质密度，在制作矢量通道时应采用低密度复合材料[2]，为了节省空间将八只声压水听器[3]同时对称镶嵌在低密度复合材料[2]的表面。待低密度复合材料[2]完全固化后，将带有挂环[5]的圆环[4]置于固化后的球形的外部，此圆环[4]不与球形低密度复合材料[2]的表面接触，而是靠模具来定位，最后用透声材料[6]将球形低密度复合材料[2]与圆环[4]灌封成球形，圆环[4]应位于透声材料[6]的中间层。这样既保证了矢量传感器外部具有四只挂环[5]，同时又增强了矢量传感器密封的强度。
本发明中圆环[4]悬浮于透声材料[6]的中间层，避免了原来同振式矢量传感器的挂环[5]与内部振速传感器[1]直接相连造成的在深水中易渗水的缺点，满足了球形高频矢量传感器能工作在大深度水域中的要求。

Claims (2)

1、一种球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化加工方法，其特征在于：操作步骤如下：
(1)将传感器[1]置于一球形模具中心处，同时将声压水听器[3]固定于模具内表面上；
(2)将重量百分比为10-30％的玻璃微珠和90-70％的环氧树脂组成的低密度复合材料[2]灌注到球形模具中，待低密度复合材料[2]完全固化后，脱去模具；
(3)将得到的外表面镶嵌着声压水听器[3]的低密度复合材料[2]球体放入另一外模具中，并将带有挂环[5]的圆环[4]套于低密度复合材料[2]球体的腰部，确保圆环[4]不与低密度复合材料[2]球体表面接触；
(4)将透声材料[6]灌注到模具中，经70-90℃的高温固化后脱去外模具，得到带有挂环[5]、传感器[1]、声压水听器[3]的一体化结构的球形高频矢量传感器。
2、如权利要求1所述的球形高频矢量传感器振速通道、声压通道一体化加工方法，其特征在于：第(4)步骤中的透声材料为聚胺酯。
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