CN105987751A - 一种水介质二维振速及声压检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可对水介质二维振速及声压进行检测的传感器，具体属于传感器领域。本发明所采用的技术方案，主要包括：二个振速传感器、声压传感器、定位质量块结构、水密包覆层和多芯屏蔽电缆等。本发明通过加速度传感器正交组合、并通过使用声压传感器可在二维方向上获得振速参量，并能同时获得声压信息，从而可全面反应水下声场的特性，克服了一维矢量或标量水听器对水中声场表征不完备的缺点，同时可提高检测的效率。本发明提出了一种将加速度传感器正交组合设计的方案，能够同时对水介质相互正交的振速参量进行检测，通过配置声压传感器，可同时获得声场的二维质点振速和声压参数。

Description

一种水介质二维振速及声压检测传感器

所属技术领域

本专利涉及一种可对水介质二维振速及声压进行检测的传感器，具体属于传感器领域。主要是将加速度计和声压传感器的优势进行融合，可以对声场中声压和质点振速进行同时测量，避免了传统声学测量中只能对单一声学参数进行测量的缺点，同时提高了检测的效率。

背景技术

在水声检测领域中，水声声压是最基本的物理量之一，对于该物理量的测量一般通过水听器进行。由于声压是标量，所以声压水听器又称为标量水听器。

在对声场进行描述时，除了作为标量的声压参数外，还有质点振速和声强等，因此，使用标量水听器测量声场声压量有时是不够的，还需要获得质点振速等参数才能对声场特性进行全面的描述。而对于声场中质点振速的测量，必须通过矢量传感器来完成。

本发明致力于解决传统的标量水听器在声场检测时的缺陷，提出了一种可同时检测声场中标量声压和矢量振速的传感器设计方案，以满足声场检测和信号处理的需求。

发明内容

本发明的目的是克服单一标量或矢量水听器对声场参数表征的不完备的缺点，同时又提高检测的效率，提出了一种将标量水听器和振速传感器进行组合的设计方案，能够同时对声场中的声压和质点振速进行检测，以供常规声场参数测量和信号处理的需要。

本发明所采用的技术方案，主要包括：一个声压水听器和二个加速度计，在传感器内部具有定位质量块、水密包覆层和多芯屏蔽电缆等。在定位质量块上按照直角坐标系三个正交的方向(X轴，Y轴，Z轴)开三对定位安装孔，将两对加速度计分别安装固定在X轴和Y轴方向两对定位孔上，在Z轴方向上安装标量声压水听器，多芯屏蔽电缆通过与声压水听器相对的安装孔引出。通过定位结构保证X、Y、Z方向加速度计和水听器相互垂直。加速度计和定位质量块结构之外包覆一层透声水密层，各个传感器的引线与固定在定位质量块上的多芯电缆相连接，各个传感器的信号可直接供测量数据的采集和信号处理。

所述的加速度计由压电材料构成，在其工作频带内具有较高的灵敏度和平坦的响应特性。

所述的声压水听器，在工作频带内具有平坦的响应特性，对声压的响应具有空间全向性。

所述的定位质量块由金属材料构成，材料具有足够的刚性，其上开有定位安装孔，内部可以供传感器引线通过，并可与水密电缆对接。

所述的透声水密层，其特征是具有与水介质相近的阻抗特性，对声波的透射衰减小，具有长期的防透水特性，具有一定的强度可对各个传感器进行保护，并能防止传感器受到碰撞时受到损坏。

所述的多芯电缆，其特征是具有至少4芯以上芯线的屏蔽电缆，电缆外部绝缘层具有防水耐水特性，对于电信号具有较低的衰减特性。

本发明的有益效果是：

(1)本发明将加速度传感器和水听器进行组合设计，可对表征声场参数的声压和质点振速同时测量，可同步得到表征声场特征的声强量。

(2)本发明体现了矢量传感器的优点，弥补了标量传感器工作时所存在的不足，为声强等声场参数的检测提供了一种简便可行的手段，具有检测效率高的显著特点。

(3)本发明可为信号处理比较丰富完整的声场信息，能够有效提高信号处理抗干扰的能力和检测能力，有助于信号处理系统做出正确的判断。

附图说明

图1水介质二维振速及声压检测传感器结构示意图

其中：(1)水密包覆层，(2)声压传感器，(3)加速度传感器，(4)定位质量块，(5)多芯屏蔽电缆，(6)连接杆。

具体实施方式

下面结合附图1说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明，一种水介质二维振速及声压检测传感器，主要包括：包覆材料(1)、水听器(2)、加速度计(3)、定位质量块(4)，输出电缆(5)和连接杆(6)。

对加速度计和水听器的响应特性进行挑选，选取两对响应特性一致的加速度计和一只水听器待用。定位质量块(4)上按照右手准则所确定的直角坐标系的三个正交方向开有三个安装定位孔，按照图示结构将加速度计(3)分别安装固定至X轴和Y轴方向。将水听器(2)分别按照图示结构安装至Z轴方向，安装过程中保证声压水听器(2)的连接杆(6)与Z轴重合，水听器(2)的中心至定位质量块(4)中心的距离与加速度计(3)至定位质量块(4)中心的距离相同。

各个水听器的正负引线通过定位质量块内部与多芯输出电缆(5)的各个引线相连接，加速度计和标量水听器采用“共地”的连接方式，输出电缆至少需要4芯以上的芯线。对处于X、Y方向的加速度计和标量水听器的引线都需进行标示，以便于对后续信号进行采集和处理。

水声声场多参数检测用传感器的工作原理：

将本发明的传感器置于声场中时，加速度计(3)可以直接提供传感器所处位置声场在X、Y方向的质点振速信息，标量水听器(2)可直接提供传感器所在处的声压量，联合检测到的声压p和质点振速矢量v的信息，利用公式(1)即可得到声场中的声强参数I。

$I=\frac{1}{T}{\∫}_0^T\mathrm{pvdt}---\left(1\right)$

Claims (3)

1.水介质二维振速检测传感器，其特征在于：传感器由水密材料(1)包覆，按X、Y方向固定在定位质量块(4)上的两对加速度计(3)构成。两对加速度计(3)通过连接杆(6)连接在质量块(4)上，所述的声压水听器(2)和加速度计(3)的输出信号通过电缆(5)输出。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：该传感器可在二个正交方向上同时检测声场中的质点振速，并能同时检测出声场中的声压量值。

3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：在定位质量块上按照直角坐标系三个正交的方向(X轴，Y轴，Z轴)开三对定位安装孔，将两对加速度计分别安装固定在X轴和Y轴方向两对定位孔上，在Z轴方向上安装声压水听器，多芯屏蔽电缆通过与声压水听器相对的安装孔引出。通过定位结构保证X、Y、Z方向加速度计和水听器相互垂直。加速度计和定位质量块结构之外包覆一层透声水密层，各个传感器的引线与固定在定位质量块上的多芯电缆相连接，各个传感器的信号可直接供测量数据的采集和信号处理。