CN102226712B - 在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器。包括壳体和六只振动传感器，所述壳体是球体，球体上开有六个振动传感器安装孔和电缆输出孔，六个振动传感器安装孔按笛卡尔坐标均匀分布在球体表面，每只振动传感器安装孔中镶嵌一只振动传感器，每只振动传感器的连接电缆通过电缆输出孔引出，每只振动传感器上带有用于悬挂的安装螺纹孔。本发明可以广泛应用于水声各领域，如声纳浮标、低噪声运动目标的测量、目标定位等。具有体积小，方便传感器的更换，节约研制成本等优点。

Description

在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器

技术领域

本发明涉及一种矢量水听器，具体地说是一种可在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器。

背景技术

矢量水听器是一种可以时间同步、空间共点测得水下声场中某一质点处的振动信号，内部一般均采用振动传感器作为拾取振动的单元，因此振动传感器可以选取加速度传感器、速度传感器和位移传感器。在设计、制作矢量水听器时，通常先将振动传感器按照空间三维坐标刚性连接成一体，然后将其放入灌封模具中，用防水材料进行灌封，最后脱去模具，就可得到制作好的矢量水听器。灌封材料的固化一般是在高温条件进行，高温有时会毁坏内部振动传感器。在研制这样结构的矢量水听器时，测量通道出现问题时通常是无法修复的，即无法对内部损坏的振动传感器进行更换。这种结构的矢量水听器的不可修复性，使矢量水听器的研制成本大大增加。因此设计结构简单、可修复的矢量水听器会大大降低矢量水听器的研制费用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作工艺简单，每个矢量通道具有可修复性的在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器。

本发明的目的是这样实现的：包括壳体和六只振动传感器，所述壳体是球体，球体上开有六个振动传感器安装孔和电缆输出孔，六个振动传感器安装孔按笛卡尔坐标均匀分布在球体表面，每只振动传感器安装孔中镶嵌一只振动传感器，每只振动传感器的连接电缆通过电缆输出孔引出，每只振动传感器上带有用于悬挂的安装螺纹孔。

所述球体是空心球体。

所述电缆是一根多芯输出电缆。

本发明的主要特点体现在：

1.六个用于悬挂的安装螺纹孔按笛卡尔坐标均匀分布在球体的外表面；

2.六只压振动传感器分别沿笛卡尔坐标的对称位置部放，并镶嵌在球体的外表面。

3.六只振动传感器可以进行更换。

根据同振式矢量水听器的设计原理，灌封材料一般要求选用低密度复合材料，来达到研制的矢量水听器在水中具有中性浮力的目的，此种矢量水听器通常为一个实心体，有时体积偏大。因此本发明的矢量水听器内部设计成空心结构，可以在保证矢量水听器在水中具有中性浮力的前提下，体积大大减小。

本发明采用两只振动传感器构成矢量水听器的一个矢量通道，两只振动传感器的输出经过差分电路后形成一个矢量通道的输出信号，这样既可提高矢量通道的灵敏度，又可以降低矢量通道的噪声。本发明的矢量水听器是一个球形的空心体，能完整地提供声场的三维矢量信息，同时矢量通道的灵敏度可增加6dB。

本发明提出了一种在水中具有中性浮力的空心球形矢量水听器，设计中采用了六只振动传感器构成矢量水听器的三个矢量通道，六只振动传感器按照笛卡尔坐标分别布放在球体的表面，可以对任意一只传感器进行更换，因此降低研制成本。本发明提出的矢量水听器采用了空心球形结构，这种结构很容易使矢量水听器在水中具有中性浮力，其体积比实心结构的大大减小，从而可以实现矢量水听器的小型化。

本发明的理论基础依旧是同振球形矢量水听器设计的理论，也就是如果声学刚硬球体的几何尺寸远小于声波波长(即kL＜＜1，k是波数，L是刚硬球的最大直径)，则其在水中声波的作用下做自由运动时，刚硬球体的振动速度幅值V与声场中球体几何中心处水质点的振动速度幅值V₀之间存在如下关系：

$V=\frac{3{\mathrm{\ρ}}_0}{2\mathrm{\ρ}+{\mathrm{\ρ}}_0}{V}_0$

式中——刚硬球体的平均密度；ρ₀——水介质密度。

由公式可知，当刚硬球体的平均密度ρ等于水介质密度ρ₀时，其振动速度幅值V与声场中球体几何中心处水质点的振动速度幅值V₀相同，这样只要刚硬球体有可以拾取该振动的传感器，就可以获得声场中球体几何中心处水质点的振动信号。

所以本发明的优点是：采用由低密度复合材料构成的的空心球形结构很容易实现矢量水听器在水中具有中性浮力的要求；具有相同工作频带的矢量水听器，采用空心结构，比采用实心结构的体积更小，可以达到矢量水听器小型化的目的。振动传感器镶嵌在空心球的表面，方便传感器的更换，节约研制成本。本发明可以广泛应用于水声各领域，如声纳浮标、低噪声运动目标的测量、目标定位等。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

首先，将制作一个带有七个圆孔的个空心球壳4，球壳4由刚性低密度复合材料组成，其中六个圆孔是按照笛卡尔空间坐标分部的，用来镶嵌六只振动传感器1。然后用防水胶将水密输出电缆头5固定在余下的一个圆孔中，并将输出电缆的芯线3分成六组，分别从六个圆孔中取出。将已水密好的带有安装螺纹孔2的六只振动传感器1的输出线分别与从六个圆孔取出的输出电缆的芯线3连接好后，采用防水胶分别将六只振动传感器1固定在圆孔内，并将连接好的芯线3也同时送入充满空气6的空心球壳4中。这样，可以在不破坏矢量水听器整体结构的情况下，可以随意更换任意一只振动传感器1。

Claims (2)

1.一种在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器，包括壳体和六只振动传感器，其特征是：所述壳体是球体，球体上开有六个振动传感器安装孔和一个电缆输出孔，六个振动传感器安装孔按笛卡尔坐标均匀分布在球体表面，每个振动传感器安装孔中镶嵌一只振动传感器，每只振动传感器的连接电缆通过电缆输出孔引出，每只振动传感器上带有用于悬挂的安装螺纹孔；所述球体是空心球体。

2.根据权利要求1所述的在水中具有中性浮力的空心结构的三维矢量水听器，其特征是：所述电缆是一根多芯输出电缆。

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