專利名稱：復合同振式高頻三軸向矢量水聽器的制作方法
技術領域：
本發明涉及傳感器領域，特別是一種水下的復合同振式高頻三軸向矢量水 聽器。
背景技術：
在現代水聲工程中使用較多的是基于慣性傳感器的復合同振式矢量水聽
器，它主要適用于低頻段(20—2000Hz)的工程應用。但隨著矢量水聽器在我 國水聲測量系統、水下運動目標測量、水下目標噪聲測量等方面的普遍應用， 對高頻矢量傳感器的需求日益迫切。
目前國外研制出的三維高頻矢量水聽器的上限工作頻率只能達到10kHz。國 內上限工作頻率達到12.5kHz的復合同振式高頻三軸向矢量水聽器尚無公開發 表的資料。

發明內容
為解決現有技術存在的問題，本發明提供一種復合同振式高頻三軸向矢量 水聽器。本發明的目的是為了制作復合同振式高頻三軸向矢量水聽器，工作上 限頻率為12.5kHz，在設計中復合同振式三軸向高頻矢量水聽器內部采用一只三 通道壓電加速度傳感器，構成振速通道；在球型矢量傳感器的外殼上鑲嵌著八 只聲壓水聽器，構成聲壓通道，以適應水聲領域對同振式三軸向高頻矢量水聽 器的要求。
復合同振式高頻三軸向矢量水聽器的構成，是由能感受與被測介質質點相 同振動信息的三軸振動傳感器[l]、低密度復合材料層[2]、接收被測介質質點的 聲壓信息的聲壓水聽器[3]和罩在低密度復合材料層[2]外面的透聲外殼[4]構成 的球形體結構， 一個三軸向振動傳感器[l]置于低密度復合材料層[2]的中央，八
只聲壓水聽器[3]均勻對稱鑲嵌在低密度復合材料層[2]與透聲外殼[4]之間，在透 聲外殼[4]的表面有電纜頭[5]與四個掛環[6](如附圖1)。
本發明的復合同振式高頻三軸向矢量水聽器還具有如下的特點-
(1) 在低密度復合材料層[2]與透聲外殼[4]之間成對稱的均勻分布有八只 聲壓水聽器[3];
(2) 八只聲壓水聽器[3]的軸心指向球心，且輸出采用并聯連接；
(3) 在透聲外殼[4]外面還設有輸出信號電纜頭[5];
(4) 設有四個與透聲外殼[4]形成一體、成對稱分布的掛環[6]。 由于采用了三軸向振動傳感器[1]與八只聲壓水聽器[3]復合一體的結構，可
以達到時間同步、空間共點測量水質點振速的目的。
本同振式矢量水聽器設計的基本理論依據是聲學剛硬球體的幾何尺寸如
果遠小于聲波波長，即a i a-波數，丄-球體的最大線性尺寸)，則球體在水
中聲波作用下做自由運動，其振動速度的幅值K與聲場中球心處水質點的振動
速度幅值之間存在以下關系
式中A)為水介質密度；^為剛硬球的平均密度。
由上面的公式可知，為了使矢量水聽器的工作上限頻率達到12.5kHz，矢量 水聽器的直徑不能超過75mm。
本發明中采用一只三軸向振動傳感器[l]，避免了原來同振式三軸向低頻矢 量水聽器中采用六只獨立的加速度傳感器組成三軸向結構所造成的幾何尺寸過 大的缺點，滿足了同振式三軸向高頻矢量水聽器小體積的要求。
本發明的優點是提供的復合同振式三軸向高頻矢量水聽器可以測得空間 質點的三個正交方向的振動信息和聲壓信息。三軸向振動傳感器[l]體積小，復 合同振式高頻三軸向矢量水聽器直徑不超過70mm，工作上限頻率可達到 12.5kHz。該復合同振式高頻三軸向矢量水聽器體積小、工作頻帶寬、制作簡單。
該復合同振式高頻三軸向矢量水聽器可廣泛應用于水聲領域，并可以工作在較 深水域。


圖1是復合同振式高頻三軸向矢量水聽器的側視局部剖面示意圖。
具體實施例方式
本實施方式的復合同振式高頻三軸向矢量水聽器，由三軸向振動傳感器[l]、
低密度復合材料層[2]、八只聲壓水聽器[3]和透聲外殼[4]構成的球形體結構，一 個三軸向振動傳感器[1]置于低密度復合材料層[2]的中央，八只聲壓水聽器[3] 均勻鑲嵌在低密度復合材料層[2]與透聲外殼[4]之間，八只聲壓水聽器[3]的軸向 指向球心，且輸出采用并聯連接。低密度復合材料[2]是由以下重量百分比的材 料復合而成玻璃微珠23%、環氧樹脂77%。所述的透聲外殼[4]為聚胺酯材料。 在透聲外殼[4]外面還設有輸出信號電纜頭[5],四個掛環[6]與透聲外殼[4]形成一 體。
在水聲一級計量站對制作的復合同振式高頻三軸向矢量水聽器進行校準， 振速通道靈敏度為-193dB (10kHz， 0dB=lV/|iPa)，并且具有良好的余弦指向性； 聲壓通道靈敏度為-195dB (0dB=lV/pPa)。
本發明的優點是復合同振式高頻三軸向矢量水聽器有三個振速通道、一 個聲壓通道，上限工作頻率為12.5kHz，可以時間同步、空間共點測得水下聲場 中水質點的矢量信息和標量信息，具有體積小、結構簡單、可工作在較深水域 的特點，可以應用于水聲領域的各種測量。
權利要求
1、一種復合同振式高頻三軸向矢量水聽器，其特征在于其結構由三軸向振動傳感器[1]、低密度復合材料層[2]、八只聲壓水聽器[3]和罩在低密度復合材料層[2]外面的透聲外殼[4]構成的球形體結構；一個三軸向振動傳感器[1]置于低密度復合材料層[2]的中央，八只聲壓水聽器[3]均勻對稱地鑲嵌在低密度復合材料層[2]與透聲外殼[4]之間；在透聲外殼[4]外面還設有輸出信號電纜頭[5]和四個掛環[6]。
2、 如權利要求l所述的復合同振式高頻三軸向矢量水聽器，其特征在于八只聲壓水聽器[3]的軸向指向球心，且輸出采用并聯連接。
全文摘要
本發明屬于一種復合同振式高頻三軸向矢量水聽器，它是由一只三軸向振動傳感器、八只聲壓水聽器構成的球體。該矢量水聽器有三個振速通道、一個聲壓通道，上限工作頻率為12.5kHz，可測得水下聲場中水質點的矢量信息和標量信息。該矢量水聽器具有體積小、結構簡單、可工作在較深水域的特點。該矢量水聽器可以應用于水聲領域的各種測量。
文檔編號G01H3/00GK101101233SQ200710072328
公開日2008年1月9日 申請日期2007年6月7日 優先權日2007年6月7日
發明者時勝國, 楊德森, 洪連進, 陳洪娟 申請人:哈爾濱工程大學