CN102506990A - 二维同振柱形仿生矢量水听器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维同振柱形仿生矢量水听器，该矢量水听器的灵敏度、指向性等各性能指标得到了进一步的提高。该矢量水听器包括圆柱体透声外壳、灌封于透声外壳内部的支撑体以及设于支撑体上的二维四梁纤毛式微敏感体和声压水听器，二维四梁纤毛式微敏感体安装在支撑体的圆盘上表面的中心处，在二维四梁纤毛式微敏感体的外部罩有半球形封闭的透声帽，且在透声帽内充有密度与水密度相同或相近的绝缘液体，声压水听器连接在支撑体的中空管的底部端口，该矢量水听器的各个输出为并联连接；透声外壳在其上、下端分别灌封有带挂钩的吊环。本发明矢量水听器结构简单，灵敏度高，指向性好，工作频带范围宽，上限可达3KHz，应用范围广阔。

Description

二维同振柱形仿生矢量水听器

技术领域

本发明涉及一种基于MEMS的仿生矢量水听器，具体是一种二维同振柱形仿生矢量水听器。

背景技术

随着科学技术的进步，新型消声材料的出现，低噪声安静型潜艇的出现使传统的水下目标探测手段面临着挑战。由于矢量水听器可以用来测量声场中的声能流，在噪声场中矢量水听器具有各向同性噪声抵消的优点，因此可以在极其恶劣的环境中进行目标探测。但是，现有的矢量水听器在其灵敏度、“8”字形指向性等性能方面还没有达到更高的水准，因此其性能还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为了进一步提高和改善现有矢量水听器的性能指标，而提供了一种二维同振柱形仿生矢量水听器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种二维同振柱形仿生矢量水听器，包括圆柱体透声外壳、灌封于透声外壳内部的支撑体以及设于支撑体上的二维四梁纤毛式微敏感体和声压水听器，所述的支撑体由一个开设有中心通孔的圆盘以及垂直固定于圆盘下表面并与中心通孔相通的中空管构成，中空管位于透声外壳的中轴线上且其侧壁上还开设有引线孔；所述的二维四梁纤毛式微敏感体安装在圆盘上表面的中心处，在二维四梁纤毛式微敏感体的外部罩有半球形封闭的透声帽，透声帽敞口端密封固定在圆盘上，且在透声帽内充有密度与水密度相同或相近的绝缘液体，所述的声压水听器连接在中空管的底部端口，二维四梁纤毛式微敏感体和声压水听器位于同一轴线上，且各个输出为并联连接，二维四梁纤毛式微敏感体和声压水听器的导线通过支撑体的中空管上的引线孔并穿出透声外壳后引出；所述的透声外壳上、下端分别灌封有与其轴线垂直的圆形吊环，吊环外圆周上均布有若干个挂钩。

本发明矢量水听器首先通过支撑体将二维四梁纤毛式微敏感体和声压水听器连接在一起，其中，二维四梁纤毛式微敏感体可构成X方向和Y方向的两路振速输出通道，声压水听器可构成一路声压输出通道，且三路输出之间采用并联连接，二维四梁纤毛式微敏感体和声压水听器的导线通过支撑体的中空管上的引线孔并穿出透声外壳后引出，引出后再与相应的信号处理装置连接。然后再在二维四梁纤毛式微敏感体的外部罩有半球形封闭的透声帽，透声帽的敞口端密封固定在支撑体的圆盘上，透声帽内再注满密度与水相同或相近的绝缘液体。最后使用透声性较好的材料在支撑体、透声帽、声压水听器等结构的整体外部通过模具包裹灌封一个圆柱形的透声外壳，该透声外壳一方面在不影响声传播质量的前提下，具有耐压、耐腐蚀的特性，能很好的保护二维四梁纤毛式微敏感体和声压水听器；另一方面根据声学理论，通过理论计算使得本发明矢量水听器的几何中心和质心重合，使本发明矢量水听器中的敏感元件与周围介质实现同振，最终通过测量本发明矢量水听器中二维四梁纤毛式微敏感体的振速信息和声压水听器的声压信息，实现对水下信号的定位，进一步提高和完善了矢量水听器的性能指标。透声外壳上、下端分别灌封有与其轴线垂直的圆形吊环，吊环外圆周上均布的挂钩用于和外部支撑架等结构进行连接，便于进行检测。

所述的透声外壳和透声帽都是是采用聚氨酯材料、并经过现有的声学灌封工艺制作而成。聚氨酯材料不仅耐压、耐腐蚀，而且还具有高频低衰减低渗水的特性，对声传播质量的影响非常小，有利于矢量水听器灵敏性的提高；而声学灌封工艺是现有的公知技术，是本领域技术人员所熟悉的。

所述的绝缘液体为硅油，硅油绝缘且与水的密度和波速很接近，各种介质间的特性阻抗匹配性好。

所述的圆柱体透声外壳的外径为42mm，高为105mm。

本发明矢量水听器，可以同时测得声场质点的矢量信息和标量信息，实现目标定位，工作频带范围宽，上限可达到3KHz，灵敏度高且其在工作频带内起伏小，“8”字形指向性好且指向性图对称性好，该矢量水听器的性能指标有明显的提高。此外，本发明矢量水听器的结构简单合理，易于微型化，布放方便，耐压抗腐，可在较深的水域中工作，应用范围广阔。

附图说明

图1为本发明矢量水听器的结构示意图。

图2为本发明矢量水听器在80Hz测试频率下的指向性示意图。

图3为本发明矢量水听器在315Hz测试频率下的指向性示意图。

图4为本发明矢量水听器在1250Hz测试频率下的指向性示意图。

图5为本发明振速X通道频响曲线。

图6为本发明振速Y通道频响曲线。

图7为本发明声压通道频响曲线。

图中：1-透声外壳、2-支撑体、3-圆盘、4-中空管、5-二维四梁纤毛式微敏感体、6-声压水听器、7-透声帽、8-绝缘液体、9-引线孔、10-吊环、11-挂钩。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示，一种二维同振柱形仿生矢量水听器，包括圆柱体透声外壳1、灌封于透声外壳1内部的支撑体2以及设于支撑体2上的二维四梁纤毛式微敏感体5和声压水听器6，所述的支撑体2由一个开设有中心通孔的圆盘3以及垂直固定于圆盘3下表面并与中心通孔相通的中空管4构成，中空管4位于透声外壳1的中轴线上且其侧壁上还开设有引线孔9；所述的二维四梁纤毛式微敏感体5安装在圆盘3上表面的中心处，在二维四梁纤毛式微敏感体5的外部罩有半球形封闭的透声帽7，透声帽7敞口端密封固定在圆盘3上，且在透声帽7内充有密度与水密度相同或相近的绝缘液体8，所述的声压水听器6连接在中空管4的底部端口，二维四梁纤毛式微敏感体5和声压水听器6位于同一轴线上，且各个输出为并联连接，二维四梁纤毛式微敏感体5和声压水听器6的导线通过支撑体2的中空管4上的引线孔9并穿出透声外壳1后引出；所述的透声外壳1上、下端分别灌封有与其轴线垂直的圆形吊环10，吊环10外圆周上均布有若干个挂钩11。

具体实施时，透声外壳1上、下两端的吊环10外圆周上分别均布有四个挂钩11，吊环10、挂钩11和支撑体2采用不锈钢材料制成，不锈钢具有很好的耐腐蚀性，使本发明矢量水听器可以在较恶劣的环境中工作，如深海海域。

利用本发明矢量水听器，在国防水声一级计量站进行了校准实验，通过实验验证了利用本发明矢量水听器的性能指标得到了明显的提高，如图5、图6所示：振速X通道灵敏度为-177.9dB（2KHz）、Y通道灵敏度为-175.4dB（2KHz）；如图7所示：声压通道灵敏度为-175.8dB（2 KHz）；如图2、图3、图4所示：本发明矢量水听器的“8”字形指向性好、指向性图对称性好，其中图2的测试频率为80Hz、凹点深度为38.4dB、最大值不均匀性为1.2dB；图3的测试频率为315Hz、凹点深度为47.7dB、最大值不均匀性为1.3dB；图4的测试频率为1250Hz、凹点深度为46.7dB、最大值不均匀性为0.3dB。

Claims (5)

1.一种二维同振柱形仿生矢量水听器，其特征在于：包括圆柱体透声外壳（1）、灌封于透声外壳（1）内部的支撑体（2）以及设于支撑体（2）上的二维四梁纤毛式微敏感体（5）和声压水听器（6），所述的支撑体（2）由一个开设有中心通孔的圆盘（3）以及垂直固定于圆盘（3）下表面并与中心通孔相通的中空管（4）构成，中空管（4）位于透声外壳（1）的中轴线上且其侧壁上还开设有引线孔（9）；所述的二维四梁纤毛式微敏感体（5）安装在圆盘（3）上表面的中心处，在二维四梁纤毛式微敏感体（5）的外部罩有半球形封闭的透声帽（7），透声帽（7）敞口端密封固定在圆盘（3）上，且在透声帽（7）内充有密度与水密度相同或相近的绝缘液体（8），所述的声压水听器（6）连接在中空管（4）的底部端口，二维四梁纤毛式微敏感体（5）和声压水听器（6）位于同一轴线上，且各个输出为并联连接，二维四梁纤毛式微敏感体（5）和声压水听器（6）的导线通过支撑体（2）的中空管（4）上的引线孔（9）并穿出透声外壳（1）后引出；所述的透声外壳（1）上、下端分别灌封有与其轴线垂直的圆形吊环（10），吊环（10）外圆周上均布有若干个挂钩（11）。

2.根据权利要求1所述的二维同振柱形仿生矢量水听器，其特征在于：所述的透声外壳（1）和透声帽（7）都是采用聚氨酯材料、并经过现有的声学灌封工艺制作而成。

3.根据权利要求1或2所述的二维同振柱形仿生矢量水听器，其特征在于：所述的绝缘液体为硅油。

4.根据权利要求1或2所述的二维同振柱形仿生矢量水听器，其特征在于：所述的透声外壳（1）的外径为42mm，高为105mm。

5.根据权利要求3所述的二维同振柱形仿生矢量水听器，其特征在于：所述的透声外壳（1）的外径为42mm，高为105mm。

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