專利名稱：二維同振柱形仿生矢量水聽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于MEMS的仿生矢量水聽器，具體是一種二維同振柱形仿生矢量水聽器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新型消聲材料的出現(xiàn)，低噪聲安靜型潛艇的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的水下目標(biāo)探測手段面臨著挑戰(zhàn)。由于矢量水聽器可以用來測量聲場中的聲能流，在噪聲場中矢量水聽器具有各向同性噪聲抵消的優(yōu)點，因此可以在極其惡劣的環(huán)境中進(jìn)行目標(biāo)探測。但是，現(xiàn)有的矢量水聽器在其靈敏度、“8”字形指向性等性能方面還沒有達(dá)到更高的水準(zhǔn)，因此其性能還有待進(jìn)一步提高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了進(jìn)一步提高和改善現(xiàn)有矢量水聽器的性能指標(biāo)，而提供了一種二維同振柱形仿生矢量水聽器。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種二維同振柱形仿生矢量水聽器，包括圓柱體透聲外殼、灌封于透聲外殼內(nèi)部的支撐體以及設(shè)于支撐體上的二維四梁纖毛式微敏感體和聲壓水聽器，所述的支撐體由一個開設(shè)有中心通孔的圓盤以及垂直固定于圓盤下表面并與中心通孔相通的中空管構(gòu)成，中空管位于透聲外殼的中軸線上且其側(cè)壁上還開設(shè)有引線孔；所述的二維四梁纖毛式微敏感體安裝在圓盤上表面的中心處，在二維四梁纖毛式微敏感體的外部罩有半球形封閉的透聲帽， 透聲帽敞口端密封固定在圓盤上，且在透聲帽內(nèi)充有密度與水密度相同或相近的絕緣液體，所述的聲壓水聽器連接在中空管的底部端口，二維四梁纖毛式微敏感體和聲壓水聽器位于同一軸線上，且各個輸出為并聯(lián)連接，二維四梁纖毛式微敏感體和聲壓水聽器的導(dǎo)線通過支撐體的中空管上的引線孔并穿出透聲外殼后引出；所述的透聲外殼上、下端分別灌封有與其軸線垂直的圓形吊環(huán)，吊環(huán)外圓周上均布有若干個掛鉤。
本發(fā)明矢量水聽器首先通過支撐體將二維四梁纖毛式微敏感體和聲壓水聽器連接在一起，其中，二維四梁纖毛式微敏感體可構(gòu)成X方向和Y方向的兩路振速輸出通道，聲壓水聽器可構(gòu)成一路聲壓輸出通道，且三路輸出之間采用并聯(lián)連接，二維四梁纖毛式微敏感體和聲壓水聽器的導(dǎo)線通過支撐體的中空管上的引線孔并穿出透聲外殼后引出，引出后再與相應(yīng)的信號處理裝置連接。然后再在二維四梁纖毛式微敏感體的外部罩有半球形封閉的透聲帽，透聲帽的敞口端密封固定在支撐體的圓盤上，透聲帽內(nèi)再注滿密度與水相同或相近的絕緣液體。最后使用透聲性較好的材料在支撐體、透聲帽、聲壓水聽器等結(jié)構(gòu)的整體外部通過模具包裹灌封一個圓柱形的透聲外殼，該透聲外殼一方面在不影響聲傳播質(zhì)量的前提下，具有耐壓、耐腐蝕的特性，能很好的保護(hù)二維四梁纖毛式微敏感體和聲壓水聽器; 另一方面根據(jù)聲學(xué)理論，通過理論計算使得本發(fā)明矢量水聽器的幾何中心和質(zhì)心重合，使本發(fā)明矢量水聽器中的敏感元件與周圍介質(zhì)實現(xiàn)同振，最終通過測量本發(fā)明矢量水聽器中CN 102506990 A
說明書
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二維四梁纖毛式微敏感體的振速信息和聲壓水聽器的聲壓信息，實現(xiàn)對水下信號的定位， 進(jìn)一步提高和完善了矢量水聽器的性能指標(biāo)。透聲外殼上、下端分別灌封有與其軸線垂直的圓形吊環(huán)，吊環(huán)外圓周上均布的掛鉤用于和外部支撐架等結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，便于進(jìn)行檢測。所述的透聲外殼和透聲帽都是是采用聚氨酯材料、并經(jīng)過現(xiàn)有的聲學(xué)灌封工藝制作而成。聚氨酯材料不僅耐壓、耐腐蝕，而且還具有高頻低衰減低滲水的特性，對聲傳播質(zhì)量的影響非常小，有利于矢量水聽器靈敏性的提高；而聲學(xué)灌封工藝是現(xiàn)有的公知技術(shù)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的。所述的絕緣液體為硅油，硅油絕緣且與水的密度和波速很接近，各種介質(zhì)間的特性阻抗匹配性好。所述的圓柱體透聲外殼的外徑為42mm，高為105mm。本發(fā)明矢量水聽器，可以同時測得聲場質(zhì)點的矢量信息和標(biāo)量信息，實現(xiàn)目標(biāo)定位，工作頻帶范圍寬，上限可達(dá)到3KHz，靈敏度高且其在工作頻帶內(nèi)起伏小，“8”字形指向性好且指向性圖對稱性好，該矢量水聽器的性能指標(biāo)有明顯的提高。此外，本發(fā)明矢量水聽器的結(jié)構(gòu)簡單合理，易于微型化，布放方便，耐壓抗腐，可在較深的水域中工作，應(yīng)用范圍廣闊。


圖1為本發(fā)明矢量水聽器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明矢量水聽器在80Hz測試頻率下的指向性示意圖。圖3為本發(fā)明矢量水聽器在315Hz測試頻率下的指向性示意圖。圖4為本發(fā)明矢量水聽器在1250Hz測試頻率下的指向性示意圖。圖5為本發(fā)明振速X通道頻響曲線。圖6為本發(fā)明振速Y通道頻響曲線。圖7為本發(fā)明聲壓通道頻響曲線。圖中1-透聲外殼、2-支撐體、3-圓盤、4-中空管、5-二維四梁纖毛式微敏感體、 6-聲壓水聽器、7-透聲帽、8-絕緣液體、9-引線孔、10-吊環(huán)、11-掛鉤。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述
如圖1所示，一種二維同振柱形仿生矢量水聽器，包括圓柱體透聲外殼1、灌封于透聲外殼1內(nèi)部的支撐體2以及設(shè)于支撐體2上的二維四梁纖毛式微敏感體5和聲壓水聽器6， 所述的支撐體2由一個開設(shè)有中心通孔的圓盤3以及垂直固定于圓盤3下表面并與中心通孔相通的中空管4構(gòu)成，中空管4位于透聲外殼1的中軸線上且其側(cè)壁上還開設(shè)有引線孔 9 ；所述的二維四梁纖毛式微敏感體5安裝在圓盤3上表面的中心處，在二維四梁纖毛式微敏感體5的外部罩有半球形封閉的透聲帽7，透聲帽7敞口端密封固定在圓盤3上，且在透聲帽7內(nèi)充有密度與水密度相同或相近的絕緣液體8，所述的聲壓水聽器6連接在中空管4 的底部端口，二維四梁纖毛式微敏感體5和聲壓水聽器6位于同一軸線上，且各個輸出為并聯(lián)連接，二維四梁纖毛式微敏感體5和聲壓水聽器6的導(dǎo)線通過支撐體2的中空管4上的引線孔9并穿出透聲外殼1后引出；所述的透聲外殼1上、下端分別灌封有與其軸線垂直的
4圓形吊環(huán)10，吊環(huán)10外圓周上均布有若干個掛鉤11。
具體實施時，透聲外殼1上、下兩端的吊環(huán)10外圓周上分別均布有四個掛鉤11，吊環(huán)10、掛鉤11和支撐體2采用不銹鋼材料制成，不銹鋼具有很好的耐腐蝕性，使本發(fā)明矢量水聽器可以在較惡劣的環(huán)境中工作，如深海海域。
利用本發(fā)明矢量水聽器，在國防水聲一級計量站進(jìn)行了校準(zhǔn)實驗，通過實驗驗證了利用本發(fā)明矢量水聽器的性能指標(biāo)得到了明顯的提高，如圖5、圖6所示振速X通道靈敏度為_177.9dB (2KHz)、Y通道靈敏度為-175.4dB (2KHz);如圖7所示聲壓通道靈敏度為-175. 8dB (2 KHz);如圖2、圖3、圖4所示本發(fā)明矢量水聽器的“8”字形指向性好、指向性圖對稱性好，其中圖2的測試頻率為80Hz、凹點深度為38. 4dB、最大值不均勻性為1. 2dB ； 圖3的測試頻率為315Hz、凹點深度為47. 7dB、最大值不均勻性為1. 3dB ；圖4的測試頻率為1250Hz、凹點深度為46. 7dB、最大值不均勻性為0. 3dB。
權(quán)利要求
1.一種二維同振柱形仿生矢量水聽器，其特征在于包括圓柱體透聲外殼(1)、灌封于透聲外殼(1)內(nèi)部的支撐體(2)以及設(shè)于支撐體(2)上的二維四梁纖毛式微敏感體(5)和聲壓水聽器(6)，所述的支撐體(2)由一個開設(shè)有中心通孔的圓盤(3)以及垂直固定于圓盤 (3)下表面并與中心通孔相通的中空管(4)構(gòu)成，中空管(4)位于透聲外殼(1)的中軸線上且其側(cè)壁上還開設(shè)有引線孔(9);所述的二維四梁纖毛式微敏感體(5)安裝在圓盤(3)上表面的中心處，在二維四梁纖毛式微敏感體(5)的外部罩有半球形封閉的透聲帽(7)，透聲帽 (7)敞口端密封固定在圓盤(3)上，且在透聲帽(7)內(nèi)充有密度與水密度相同或相近的絕緣液體(8)，所述的聲壓水聽器(6)連接在中空管(4)的底部端口，二維四梁纖毛式微敏感體 (5)和聲壓水聽器(6)位于同一軸線上，且各個輸出為并聯(lián)連接，二維四梁纖毛式微敏感體 (5)和聲壓水聽器(6)的導(dǎo)線通過支撐體(2)的中空管(4)上的引線孔(9)并穿出透聲外殼(1)后引出；所述的透聲外殼(1)上、下端分別灌封有與其軸線垂直的圓形吊環(huán)(10)，吊環(huán)(10)外圓周上均布有若干個掛鉤(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維同振柱形仿生矢量水聽器，其特征在于所述的透聲外殼(1)和透聲帽(7)都是采用聚氨酯材料、并經(jīng)過現(xiàn)有的聲學(xué)灌封工藝制作而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維同振柱形仿生矢量水聽器，其特征在于所述的絕緣液體為硅油。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維同振柱形仿生矢量水聽器，其特征在于所述的透聲外殼(1)的外徑為42mm，高為105mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二維同振柱形仿生矢量水聽器，其特征在于所述的透聲外殼(1)的外徑為42mm，高為105mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維同振柱形仿生矢量水聽器，該矢量水聽器的靈敏度、指向性等各性能指標(biāo)得到了進(jìn)一步的提高。該矢量水聽器包括圓柱體透聲外殼、灌封于透聲外殼內(nèi)部的支撐體以及設(shè)于支撐體上的二維四梁纖毛式微敏感體和聲壓水聽器，二維四梁纖毛式微敏感體安裝在支撐體的圓盤上表面的中心處，在二維四梁纖毛式微敏感體的外部罩有半球形封閉的透聲帽，且在透聲帽內(nèi)充有密度與水密度相同或相近的絕緣液體，聲壓水聽器連接在支撐體的中空管的底部端口，該矢量水聽器的各個輸出為并聯(lián)連接；透聲外殼在其上、下端分別灌封有帶掛鉤的吊環(huán)。本發(fā)明矢量水聽器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，指向性好，工作頻帶范圍寬，上限可達(dá)3KHz，應(yīng)用范圍廣闊。
文檔編號G01S7/521GK102506990SQ20111035062
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者何常德, 劉林仙, 尚劍宇, 張國軍, 張慧, 張文棟, 張斌珍, 熊繼軍, 薛晨陽, 許姣 申請人:中北大學(xué)