CN103152665B - 三维双球体形智能复合式矢量水听器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种三维双球体形智能复合式矢量水听器，包括一只双球体形复合式矢量水听器、两只弹簧和一个安装支架，弹簧与矢量水听器以及安装支架之间采用螺钉刚性连接。本发明具有小体积，高精度，高可靠性与稳定性以及较强的自适应能力等特点，并且组装实施方便快捷。

Description

三维双球体形智能复合式矢量水听器

技术领域

本发明涉及一种三维复合式矢量水听器，具体的说是一种具有双球体形结构的三维智能复合式矢量水听器。

背景技术

随着微电子技术、计算机技术和通信技术的高速发展，其产品性能不断提高、价格日趋低廉，极大地推动了传感与检测技术的发展和应用。智能传感器、计算机检测技术等相继问世，逐步形成了功能比较齐全的现代感测技术与系统。智能传感器是微型计算机技术和传感器技术相结合的产物，也是传感器技术克服自身不足向前发展的必然趋势。智能传感器不仅具有基本的检测能力，而且具有存储、思维、逻辑判断、数据处理和自适应能力等功能。

矢量水听器技术诞生于20世纪40年代，相比传统声压水听器，属于一种比较新的水声信号接收器。矢量水听器可以与声压水听器一起构成复合式矢量水听器，实现同时共点获取水下声场中的标量信息和矢量信息，包括质点位移、速度、加速度以及声压梯度等信号。但是目前无论是矢量水听器还是声压水听器都还停留在单一的传感器阶段，为进一步克服自身不足，提高整体性能，更好地服务于水声领域，迫切需要发展以智能传感器为基础的矢量水听器技术。

矢量水听器为满足同振式声接收的条件，大都设计成球形或者柱形。这两种结构的矢量水听器尚存在不足之处：对于柱形矢量水听器来说，由于其自身形状特点，只能用于空间二维测量，应用受到一定限制；球形矢量水听器可用于三维声学测量，其声压通道复合方法一般有外置分布以及内嵌分布两种，但是外置分布式复合矢量水听器使用操作麻烦，而内嵌分布式复合矢量水听器制作工艺比较复杂，目前没有更好的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于安装的，智能的，具有双球体形结构的三维复合式矢量水听器。

本发明的目的是这样实现的：

包括一只双球体形复合式矢量水听器、两只弹簧和一个安装支架，弹簧与矢量水听器以及安装支架之间采用螺钉刚性连接。

本发明还包括：

1.所述的双球体形复合式矢量水听器采用微惯性检测单元作为运动敏感元件，具体的说包括三轴向的微机械加速度计和三轴向的微机械陀螺仪。

2.所述双球体形复合式矢量水听器安装有水密接插件，同时水密接插件的底座作为矢量水听器另一端的弹簧固定支撑。

3.所述连接件为管状结构。

4.所述的双球体形复合式矢量水听器的声压通道附在两球体中间的连接件上。

5.所述弹簧为平面涡卷弹簧，且空间各方向的弹性相同。

在低频条件下，双球形结构的矢量水听器的尺寸相比声波波长很小，可近似为一点，满足同振式声接收的条件，即：平面声场中，当球体尺寸远小于声波波长且为整体为中性浮力状态时，球体将和水质点作等幅同相振动。

从结构上讲，智能传感器的核心是传感器和微处理器两个部分。对于智能矢量水听器，本发明中采用基于MEMS工艺的微惯性检测单元作为敏感单元，共有六个自由度，包括三轴向的微机械加速度计，以及三轴向的微机械陀螺仪。其中，加速度计作为矢量水听器的振动检测元件，陀螺仪用于测量矢量水听器的角速度，由此解算其姿态，并对加速度计得到的信号进行修正，对目标方位进行准确判断。而信号微处理单元可以对微惯性检测单元进行零点矫正、温度补偿、非线性修正等操作，还可以进行数值滤波、相关分析等信号处理和数据融合。

本发明的优势在于：

1、矢量水听器采用双球体形结构，不但能获得声场三维矢量信息，而且容易复合声压通道，便于安装和维护；

2、柔性安装元件采用两只平面涡旋形弹簧代替传统多根直线形弹簧悬挂，使得安装过程更加简便；

3、采用数字信号输出的微机械传感器，功耗低，抗干扰能力强，操作简单，使用方便；

4、内置信号处理微单元，具有自动补偿和计算的能力，使得检测结果更加准确；还能将数据直接上传数据总线，实现双向通信。

5、本发明具有强大的多传感器数据融合能力，适用于多矢量水听器阵列中。

附图说明

图1是本发明中带悬挂结构的矢量水听器结构示意图；

图2是本发明中声压通道结构的剖视图；

图3是本发明中声压通道结构的左视图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明专利的具体实施方法：

如图1所示，整个系统包括安装支架1，复合矢量水听器2以及一对平面涡卷弹簧3。平面涡卷弹簧3的内圈连在矢量水听器2的两端，外圈通过螺钉4固定在安装支架1上。

复合矢量水听器2整体呈双球体形，由微惯性检测单元（MIMU）5、连接件（声压通道）7、信号微处理单元（MPU）6、悬挂支撑8和水密接插件9组成，同时水密接插件9又用作矢量水听器另一边的弹簧悬挂支撑。微惯性检测单元5和信号微处理单元6分别放置于两个空心球壳内，微惯性检测单元5的输出线缆穿过连接件的轴向走线孔20，进入信号处理单元6。在水中，复合式矢量水听器2整体呈中性浮力状态。

如图2，声压通道包括金属圆柱背衬15，绝缘云母垫片14、压电陶瓷圆管13以及屏蔽铜网12。具体实施步骤：首先在圆柱表面粘一层绝缘云母垫片14，将再将压电陶瓷圆管13固定在绝缘云母垫片14外，然后套上屏蔽铜网12，控制好屏蔽铜网12与压电陶瓷圆管13的间距，灌入聚氨酯材料11进行水密。待固化完全后，拧上带螺纹的动压紧盖21，完成声压通道即连接件7的安装。

结合图2和图3，连接件7具有一定的强度，起到连接微惯性检测单元5和信号微处理单元6以及水密的作用。连接件7分为带螺纹的动压紧盖21，不动压紧盖17以及金属圆柱背衬15三个部分，其中，动压紧盖21上有安装螺纹22，不动压紧盖17和金属圆柱背衬15加工成一体结构。金属圆柱背衬15上需要打径向走线孔18和轴向走线孔20，它们之间相互连通。径向走线孔18用于声压通道中压电陶瓷圆管13以及屏蔽铜网12的走线，轴向走线孔20用于微惯性测量单元5的走线以及径向走线孔18的输出线的走线。连接件7两端的压紧盖上有密封圈槽19和四只安装通孔16。安装时，水密橡胶圈套在密封圈槽19，用螺钉穿过安装通孔16并紧合连接两只球体，完成最后的安装。

Claims (9)

1.一种三维双球体形智能复合式矢量水听器，其特征是：包括一只双球体形复合式矢量水听器、两只弹簧和一个安装支架，弹簧与矢量水听器以及安装支架之间采用螺钉刚性连接；矢量水听器可以与声压水听器一起构成复合式矢量水听器；复合矢量水听器(2)由微惯性检测单元MIMU(5)、连接件(7)作为声压通道、信号微处理单元MPU(6)、悬挂支撑(8)和水密接插件(9)组成，同时水密接插件(9)又用作矢量水听器另一边的弹簧悬挂支撑，微惯性检测单元(5)和信号微处理单元(6)分别放置于两个空心球壳内，微惯性检测单元(5)的输出线缆穿过连接件的轴向走线孔(20)，进入信号处理单元(6)，在水中，复合式矢量水听器(2)整体呈中性浮力状态；连接件(7)具有一定的强度，起到连接微惯性检测单元(5)和信号微处理单元(6)以及水密的作用，连接件(7)分为带螺纹的动压紧盖(21)，不动压紧盖(17)以及金属圆柱背衬(15)三个部分，其中，动压紧盖(21)上有安装螺纹(22)，不动压紧盖(17)和金属圆柱背衬(15)加工成一体结构；金属圆柱背衬(15)上需要打径向走线孔(18)和轴向走线孔(20)，它们之间相互连通；径向走线孔(18)用于声压通道中压电陶瓷圆管(13)以及屏蔽铜网(12)的走线，轴向走线孔(20)用于微惯性测量单元(5)的走线以及径向走线孔(18)的输出线的走线；连接件(7)两端的压紧盖上有密封圈槽(19)和四只安装通孔(16)，安装时，水密橡胶圈套在密封圈槽(19)，用螺钉穿过安装通孔(16)并紧合连接两只球体，完成最后的安装。

2.如权利要求1所述的三维双球体形智能复合式矢量水听器，其特征是：所述的双球体形复合式矢量水听器采用微惯性检测单元作为运动敏感元件，具体的说包括三轴向的微机械加速度计和三轴向的微机械陀螺仪。

3.根据权利要求1或2所述的三维双球体形智能复合式矢量水听器，其特征是：所述双球体形复合式矢量水听器安装有水密接插件，同时水密接插件的底座作为矢量水听器另一端的弹簧固定支撑。

4.根据权利要求1或2所述的三维双球体形智能复合式矢量水听器，其特征是：所述连接件为管状结构。

5.根据权利要求3所述的三维双球体形智能复合式矢量水听器，其特征是：所述连接件为管状结构。

6.根据权利要求1或2所述的三维双球体形智能复合式矢量水听器，其特征是：所述的双球体形复合式矢量水听器的声压通道附在两球体中间的连接件上。

7.根据权利要求3所述的三维双球体形智能复合式矢量水听器，其特征是：所述的双球体形复合式矢量水听器的声压通道附在两球体中间的连接件上。

8.根据权利要求1或2所述的三维双球体形智能复合式矢量水听器，其特征是：所述弹簧为平面涡卷弹簧，且空间各方向的弹性相同。

9.根据权利要求3所述的三维双球体形智能复合式矢量水听器，其特征是：所述弹簧为平面涡卷弹簧，且空间各方向的弹性相同。