CN117490830A - 浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置 - Google Patents
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Abstract
本发明浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置包括：上环、支撑杆、隔板、水听器、下板、圆柱筒、声隔离层和电子舱，上环在下板的正上方，圆柱筒上端与上环的内侧固定在一起，圆柱筒下端固定在下板上，在上环、下板和圆柱筒外侧围成的空间内被2n块隔板隔成n个谐振腔，相邻谐振腔由空腔隔开，每个谐振腔由两块隔板、圆柱筒、上环和下板围成，靠近圆柱筒相邻的隔板之间的距离小于远离圆柱筒相邻的隔板之间的距离，在每个谐振腔内的两块隔板和圆柱筒上粘有声隔离层，一根支撑杆装在声隔离层外侧的每个谐振腔内，它上端固定在上环上，下端固定在下板上，水听器固定在支撑杆上，电子舱装在圆柱筒内下板上，电缆与水听器相连后，再与电子舱相连。
Description
技术领域
本发明属水下声测量领域，适用于各类水下声纳设备的研制应用，配置方式灵活。
背景技术
用水听器组成水下测量阵，是提高水下检测设备性能的有效方法，可以获得阵增益、提高信噪比。采用的水听器有全向接收和具有指向性接收两种。单个具有指向性的水听器受限于振动元件的特性，做成后，指向性特性固定，随接收的信号频率指向性宽度、形状有较大不同。使用中易受环境声场中噪声、混响的干扰。
用不同指向性水听器组成阵列，可形成较窄的信号接收空间指向性，并可通过调整各阵元接收相位来控制接收波束的方向。用阵元间距均匀分布组成的接收阵列，对不同频率具有不同的接收指向性。要实现较宽频段接收指向性一致，即恒定波束宽度接收，从软件处理算法上虽可以实现，但实现的算法复杂且频率范围有限，从物理层面则需要将较宽的频段分成较小的子频段，针对各子频段分别设计阵元分布，再进行嵌套形成宽频段的恒定波束宽度接收阵。
不论有无指向性的水听器组成的接收阵，接收波束要形成较窄的发射指向性，需要增加阵元数量，对于低频来说，会造成接收阵较大的问题，甚至不能实现。
近年来出现的声学人工结构(超构材料)，引入声学共振结构，可实现动态负质量密度、负体积模量、零折射率等自然界材料不具备的极端声学参数，为调控声波带来全新的自由度和极大的可能性。合理地设计并实现拥有此类特异声学参数的结构，可突破经典声学的理论限制，构造新功能声学材料并实现新的声学器件。
发明内容
本申请的发明目的是提供一种浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，它是可以用于精确测向的浅水区域的水听器阵列。
为了完成本申请的发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，它包括：上环、支撑杆、隔板、水听器、下板、圆柱筒、声隔离层和电子舱，上环在下板的正上方，圆柱筒的上端与上环的内侧固定在一起，圆柱筒的下端固定在下板上，其中：在上环、下板和圆柱筒外侧围成的空间内被2n块隔板隔成n个谐振腔，相邻的谐振腔由空腔隔开，每个谐振腔由两块隔板、圆柱筒、上环和下板围成，靠近圆柱筒相邻的隔板之间的距离小于远离圆柱筒相邻的隔板之间的距离，使得谐振腔形成喇叭形开口，在每个谐振腔内的两块隔板和圆柱筒上粘有声隔离层，一根支撑杆装在声隔离层外侧的每个谐振腔内，它上端固定在上环上，下端固定在下板上，若干个水听器固定在上述支撑杆上，电子舱装在圆柱筒内的下板上，一条电缆与上述水听器相连后，再与电子舱相连。
本发明的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其中：每根支撑杆上固定有2-10个水听器。
本发明的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其中：所述声隔离层由橡胶、泡沫或塑料材料制成。
本发明的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其中：所述水听器为压电陶瓷水听器、光纤水听器或压电晶体水听器。
本发明的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其中：所述水听器的形状为圆球型、圆柱型、圆环型或平面型。
本发明的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其中：所述谐振腔在圆柱筒的圆周上均匀分布或非均匀分布。
本发明的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置具有以下有益效果：
1、与现有水下测量阵列相比，本发明充分利用声波为纵波的特性，可从物理层面实现在浅水环境中对水下声信号的超宽频带恒定波束宽度接收，且接收波束指向性可控。可用于测量水下目标的特定部位的辐射声场强度。在较为复杂的水下多目标动态测量中可有效避免多个声源信号的相互干扰，即使各声源信号频段重叠，只要在空间中位于测量阵的不同方位，均可有效检测各个目标的方位。
2、发明专利为可用于精确测向的浅水区域水听器阵列。由宽频带超高水平指向性接收复合阵元组成。各阵元用消声结构材料，构成定向接收指向槽，指向不同的水平接收声源方向，各接收槽中安装接收水听器线列阵，线列阵所处槽底可设计为谐振腔结构，其中，根据接收频段设计接收槽的开口大小、深浅，以及水听器线列阵周边谐振腔的形状、尺寸，以使接收效果最佳。复合阵元可屏蔽周边各非接收方向产生的界面反射声或其它干扰声，达到提高接收处信噪比的目的。用于水下目标精确测向以及水下多目标测量。
附图说明
图1为本发明的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置的立体示意图；
图2为从图1A-A处剖开的俯向示意图；
图3为一个谐振腔的俯向放大示意图。
在图1至图3中，标号1为上环；标号2为支撑杆；标号3为隔板；标号4为水听器；标号5为谐振腔；标号6为下板；标号7为圆柱筒；标号8为声隔离层；标号9为电子舱；标号10为空腔。
具体实施方式
具体实施方式如图1至少图3所示，实施方案仅为示例，具体方案不限于如图的圆柱形接收阵，根据应用场景，也可用所用方案中的宽频带超高指向性接收复合阵元组成圆锥形、圆台形接收阵、平面接收阵或其他形状的接收阵。
如图1和2所示，本发明的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置包括：上环1、支撑杆2、隔板3、水听器4、下板6、圆柱筒7、声隔离层8和电子舱9，上环1在下板6的正上方，圆柱筒7的上端与上环1的内侧固定在一起，圆柱筒7的下端固定在下板6上，在上环1、下板6和圆柱筒7外侧围成的空间内被2n块隔板3隔成n个谐振腔5，相邻的谐振腔5由空腔10隔开，每个谐振腔5由两块隔板3、圆柱筒7、上环1和下板6围成，靠近圆柱筒7相邻的隔板3之间的距离小于远离圆柱筒7相邻的隔板3之间的距离，使得谐振腔5形成喇叭形开口，在每个谐振腔5内的两块隔板3和圆柱筒7上粘有声隔离层8，该声隔离层8由橡胶、泡沫或塑料材料制成。一根支撑杆2装在声隔离层8外侧的每个谐振腔5内，它上端固定在上环1上，下端固定在下板6上，2-10个水听器4固定在上述支撑杆2上，电子舱9装在圆柱筒7内的下板6上，一条电缆与上述水听器4相连后，再与电子舱9相连。
水听器4为压电陶瓷水听器、光纤水听器或压电晶体水听器，它的形状为圆球型、圆柱型、圆环型或平面型。所述谐振腔5在圆柱筒7的圆周上均匀分布或非均匀分布。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，它包括：上环(1)、支撑杆(2)、隔板(3)、水听器(4)、下板(6)、圆柱筒(7)、声隔离层(8)和电子舱(9)，上环(1)在下板(6)的正上方，圆柱筒(7)的上端与上环(1)的内侧固定在一起，圆柱筒(7)的下端固定在下板(6)上，其特征在于：在上环(1)、下板(6)和圆柱筒(7)外侧围成的空间内被2n块隔板(3)隔成n个谐振腔(5)，相邻的谐振腔(5)由空腔(10)隔开，每个谐振腔(5)由两块隔板(3)、圆柱筒(7)、上环(1)和下板(6)围成，靠近圆柱筒(7)相邻的隔板(3)之间的距离小于远离圆柱筒(7)相邻的隔板(3)之间的距离，使得谐振腔(5)形成喇叭形开口，在每个谐振腔(5)内的两块隔板(3)和圆柱筒(7)上粘有声隔离层(8)，一根支撑杆(2)装在声隔离层(8)外侧的每个谐振腔(5)内，它上端固定在上环(1)上，下端固定在下板(6)上，若干个水听器(4)固定在上述支撑杆(2)上，电子舱(9)装在圆柱筒(7)内的下板(6)上，一条电缆与上述水听器(4)相连后，再与电子舱(9)相连。
2.如权利要求1所述的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其特征在于：每根支撑杆(2)上固定有2-10个水听器(4)。
3.如权利要求2所述的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其特征在于：所述声隔离层(8)由橡胶、泡沫或塑料材料制成。
4.如权利要求3所述的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其特征在于：所述水听器(4)为压电陶瓷水听器、光纤水听器或压电晶体水听器。
5.如权利要求4所述的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其特征在于：所述水听器(4)的形状为圆球型、圆柱型、圆环型或平面型。
6.如权利要求5所述的浅水区域用宽频段超高指向性的水声阵列装置，其特征在于：所述谐振腔(5)在圆柱筒(7)的圆周上均匀分布或非均匀分布。
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