專利名稱：在水中具有中性浮力的空心結(jié)構(gòu)的三維矢量水聽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種矢量水聽器，具體地說是一種可在水中具有中性浮力的空心結(jié)構(gòu)的三維矢量水聽器。
背景技術(shù)：
矢量水聽器是一種可以時(shí)間同步、空間共點(diǎn)測得水下聲場中某一質(zhì)點(diǎn)處的振動(dòng)信號(hào)，內(nèi)部一般均采用振動(dòng)傳感器作為拾取振動(dòng)的單元，因此振動(dòng)傳感器可以選取加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器。在設(shè)計(jì)、制作矢量水聽器時(shí)，通常先將振動(dòng)傳感器按照空間三維坐標(biāo)剛性連接成一體，然后將其放入灌封模具中，用防水材料進(jìn)行灌封，最后脫去模具，就可得到制作好的矢量水聽器。灌封材料的固化一般是在高溫條件進(jìn)行，高溫有時(shí)會(huì)毀壞內(nèi)部振動(dòng)傳感器。在研制這樣結(jié)構(gòu)的矢量水聽器時(shí)，測量通道出現(xiàn)問題時(shí)通常是無法修復(fù)的，即無法對(duì)內(nèi)部損壞的振動(dòng)傳感器進(jìn)行更換。這種結(jié)構(gòu)的矢量水聽器的不可修復(fù)性，使矢量水聽器的研制成本大大增加。因此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、可修復(fù)的矢量水聽器會(huì)大大降低矢量水聽器的研制費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制作工藝簡單，每個(gè)矢量通道具有可修復(fù)性的在水中具有中性浮力的空心結(jié)構(gòu)的三維矢量水聽器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括殼體和六只振動(dòng)傳感器，所述殼體是球體，球體上開有六個(gè)振動(dòng)傳感器安裝孔和電纜輸出孔，六個(gè)振動(dòng)傳感器安裝孔按笛卡爾坐標(biāo)均勻分布在球體表面，每只振動(dòng)傳感器安裝孔中鑲嵌一只振動(dòng)傳感器，每只振動(dòng)傳感器的連接電纜通過電纜輸出孔引出，每只振動(dòng)傳感器上帶有用于懸掛的安裝螺紋孔。所述球體是空心球體。所述電纜是一根多芯輸出電纜。本發(fā)明的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在1.六個(gè)用于懸掛的安裝螺紋孔按笛卡爾坐標(biāo)均勻分布在球體的外表面；2.六只壓振動(dòng)傳感器分別沿笛卡爾坐標(biāo)的對(duì)稱位置部放，并鑲嵌在球體的外表3.六只振動(dòng)傳感器可以進(jìn)行更換。根據(jù)同振式矢量水聽器的設(shè)計(jì)原理，灌封材料一般要求選用低密度復(fù)合材料，來達(dá)到研制的矢量水聽器在水中具有中性浮力的目的，此種矢量水聽器通常為一個(gè)實(shí)心體， 有時(shí)體積偏大。因此本發(fā)明的矢量水聽器內(nèi)部設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu)，可以在保證矢量水聽器在水中具有中性浮力的前提下，體積大大減小。本發(fā)明采用兩只振動(dòng)傳感器構(gòu)成矢量水聽器的一個(gè)矢量通道，兩只振動(dòng)傳感器的輸出經(jīng)過差分電路后形成一個(gè)矢量通道的輸出信號(hào)，這樣既可提高矢量通道的靈敏度，又可以降低矢量通道的噪聲。本發(fā)明的矢量水聽器是一個(gè)球形的空心體，能完整地提供聲場的三維矢量信息，同時(shí)矢量通道的靈敏度可增加6dB。本發(fā)明提出了一種在水中具有中性浮力的空心球形矢量水聽器，設(shè)計(jì)中采用了六只振動(dòng)傳感器構(gòu)成矢量水聽器的三個(gè)矢量通道，六只振動(dòng)傳感器按照笛卡爾坐標(biāo)分別布放在球體的表面，可以對(duì)任意一只傳感器進(jìn)行更換，因此降低研制成本。本發(fā)明提出的矢量水聽器采用了空心球形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)很容易使矢量水聽器在水中具有中性浮力，其體積比實(shí)心結(jié)構(gòu)的大大減小，從而可以實(shí)現(xiàn)矢量水聽器的小型化。本發(fā)明的理論基礎(chǔ)依舊是同振球形矢量水聽器設(shè)計(jì)的理論，也就是如果聲學(xué)剛硬球體的幾何尺寸遠(yuǎn)小于聲波波長(即kL<< l，k是波數(shù)，L是剛硬球的最大直徑)，則其在水中聲波的作用下做自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，剛硬球體的振動(dòng)速度幅值V與聲場中球體幾何中心處水質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度幅值\之間存在如下關(guān)系F = -3^F0
2p + p0式中——?jiǎng)傆睬蝮w的平均密度；P ο——水介質(zhì)密度。由公式可知，當(dāng)剛硬球體的平均密度P等于水介質(zhì)密度P ^時(shí)，其振動(dòng)速度幅值V 與聲場中球體幾何中心處水質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度幅值Vtl相同，這樣只要?jiǎng)傆睬蝮w有可以拾取該振動(dòng)的傳感器，就可以獲得聲場中球體幾何中心處水質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)。所以本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用由低密度復(fù)合材料構(gòu)成的的空心球形結(jié)構(gòu)很容易實(shí)現(xiàn)矢量水聽器在水中具有中性浮力的要求；具有相同工作頻帶的矢量水聽器，采用空心結(jié)構(gòu)， 比采用實(shí)心結(jié)構(gòu)的體積更小，可以達(dá)到矢量水聽器小型化的目的。振動(dòng)傳感器鑲嵌在空心球的表面，方便傳感器的更換，節(jié)約研制成本。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于水聲各領(lǐng)域，如聲納浮標(biāo)、低噪聲運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的測量、目標(biāo)定位等。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述首先，將制作一個(gè)帶有七個(gè)圓孔的個(gè)空心球殼4，球殼4由剛性低密度復(fù)合材料組成，其中六個(gè)圓孔是按照笛卡爾空間坐標(biāo)分部的，用來鑲嵌六只振動(dòng)傳感器1。然后用防水膠將水密輸出電纜頭5固定在余下的一個(gè)圓孔中，并將輸出電纜的芯線3分成六組，分別從六個(gè)圓孔中取出。將已水密好的帶有安裝螺紋孔2的六只振動(dòng)傳感器1的輸出線分別與從六個(gè)圓孔取出的輸出電纜的芯線3連接好后，采用防水膠分別將六只振動(dòng)傳感器1固定在圓孔內(nèi)，并將連接好的芯線3也同時(shí)送入充滿空氣6的空心球殼4中。這樣，可以在不破壞矢量水聽器整體結(jié)構(gòu)的情況下，可以隨意更換任意一只振動(dòng)傳感器1。
權(quán)利要求
1.一種在水中具有中性浮力的空心結(jié)構(gòu)的三維矢量水聽器，包括殼體和六只振動(dòng)傳感器，其特征是所述殼體是球體，球體上開有六個(gè)振動(dòng)傳感器安裝孔和電纜輸出孔，六個(gè)振動(dòng)傳感器安裝孔按笛卡爾坐標(biāo)均勻分布在球體表面，每只振動(dòng)傳感器安裝孔中鑲嵌一只振動(dòng)傳感器，每只振動(dòng)傳感器的連接電纜通過電纜輸出孔引出，每只振動(dòng)傳感器上帶有用于懸掛的安裝螺紋孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在水中具有中性浮力的空心結(jié)構(gòu)的三維矢量水聽器，其特征是所述球體是空心球體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在水中具有中性浮力的空心結(jié)構(gòu)的三維矢量水聽器，其特征是所述電纜是一根多芯輸出電纜。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種在水中具有中性浮力的空心結(jié)構(gòu)的三維矢量水聽器。包括殼體和六只振動(dòng)傳感器，所述殼體是球體，球體上開有六個(gè)振動(dòng)傳感器安裝孔和電纜輸出孔，六個(gè)振動(dòng)傳感器安裝孔按笛卡爾坐標(biāo)均勻分布在球體表面，每只振動(dòng)傳感器安裝孔中鑲嵌一只振動(dòng)傳感器，每只振動(dòng)傳感器的連接電纜通過電纜輸出孔引出，每只振動(dòng)傳感器上帶有用于懸掛的安裝螺紋孔。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于水聲各領(lǐng)域，如聲納浮標(biāo)、低噪聲運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的測量、目標(biāo)定位等。具有體積小，方便傳感器的更換，節(jié)約研制成本等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01H11/06GK102226712SQ201110083678
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者周宏坤, 楊德森, 洪連進(jìn) 申請人:哈爾濱工程大學(xué)