聲音傳感器及使用聲音傳感器的聲音探測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聲音傳感器及使用聲音傳感器的聲音探測方法。
【背景技術】
[0002]由于水下聲音探測上的要求和人類開發(fā)利用海洋資源的迫切需要，水下探測技術已到了空前的發(fā)展。聲音傳感器是水下探測系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)有技術中通常采用例如基于新材料的超磁致伸縮稀土傳感器、電致伸縮陶瓷傳感器和低頻大面積壓電薄膜(PVDF)傳感器以及基于新概念和新方法的矢量傳感器和光纖傳感器等。但這些傳感器均存在一些缺點，譬如材料較脆、渦流損耗大(如陶瓷傳感器)、受溫度影響大(如光纖傳感器)和靈敏度低等的問題。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種聲音傳感器及使用聲音傳感器的聲音探測方法，以解決現(xiàn)有技術中的傳感器材料較脆、渦流損耗大、受溫度影響大和靈敏度低等的問題。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種聲音傳感器，其中，該聲音傳感器包括:外殼；摩擦發(fā)電機，設置在所述外殼內，該摩擦發(fā)電機在聲源產生的聲波作用下產生形變，并基于該形變產生并輸出電信號，其中所述聲源產生的聲波在介質中傳播；檢測裝置，與所述摩擦發(fā)電機電連接，用于檢測所述摩擦發(fā)電機輸出的電信號；以及處理裝置，與所述檢測裝置電連接，用于接收所檢測到的電信號并根據該電信號獲得聲源的相關信息。
[0005]本發(fā)明還提供了一種使用聲音傳感器的聲音探測方法，其中，該方法包括:摩擦發(fā)電機在聲源產生的聲波作用下產生形變，并基于該形變產生并輸出電信號，其中所述聲源產生的聲波在介質中傳播；檢測裝置檢測所述摩擦發(fā)電機輸出的電信號；以及處理裝置接收所檢測到的電信號并根據該電信號獲得聲源的相關信息。
[0006]通過上述技術方案,聲音傳感器的摩擦發(fā)電機在聲源產生的聲波作用下產生形變，并基于該形變產生并輸出電信號，聲音傳感器的檢測裝置檢測所述摩擦發(fā)電機輸出的電信號，而聲音傳感器的處理裝置接收所檢測到的電信號并根據該電信號獲得聲源的相關信息。由此，無需外加電源就可以實現(xiàn)對介質中的聲音(例如深水管道、油井、深海等介質中低頻和微弱的發(fā)聲目標)的探測，且上述的聲音傳感器及聲音探測方法具有靈敏度高、成本低的優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0008]附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0009]圖1是根據本發(fā)明一種實施方式的聲音傳感器的結構示意圖；
[0010]圖2是根據本發(fā)明一種實施方式的聲音傳感器的摩擦發(fā)電機的結構示意圖；
[0011]圖3A和3B是根據本發(fā)明一種實施方式的聲音傳感器在聲波作用下產生的電信號的不意圖；
[0012]圖4A至4D是根據本發(fā)明一種實施方式的聲音傳感器的摩擦發(fā)電機的工作原理圖；以及
[0013]圖5是根據本發(fā)明一種實施方式的使用聲音傳感器的聲音探測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0014]以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0015]圖1是根據本發(fā)明一種實施方式的聲音傳感器的結構示意圖。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明提供一種的聲音傳感器包括:外殼10 ;摩擦發(fā)電機20，設置在所述外殼10內，該摩擦發(fā)電機20在聲源產生的聲波作用下產生形變，并基于該形變產生并輸出電信號，其中所述聲源產生的聲波在介質中傳播；檢測裝置30,與所述摩擦發(fā)電機20電連接，用于檢測所述摩擦發(fā)電機20輸出的電信號；以及處理裝置40，與所述檢測裝置30電連接，用于接收所檢測到的電信號并根據該電信號獲得聲源的相關信息。
[0017]其中，本發(fā)明中涉及的介質可以為能夠傳遞振動能量的媒介，例如氣體或液體。檢測裝置30可以為能夠檢測電壓或電流信號的裝置，例如電流/電壓表和電壓/電流放大器。所述聲源的相關信息可以包括聲源的振動頻率、振幅和位置。
[0018]通過上述實施方式，聲音傳感器的摩擦發(fā)電機20在聲源產生的聲波作用下產生形變，并基于該形變產生并輸出電信號，聲音傳感器的檢測裝置30檢測所述摩擦發(fā)電機20輸出的電信號，而聲音傳感器的處理裝置40接收所檢測到的電信號并根據該電信號獲得聲源的相關信息。由此，無需外加電源就可以實現(xiàn)對介質中的聲音(例如深水管道、油井、深海等介質中低頻和微弱的發(fā)聲目標)的探測，且上述的聲音傳感器具有靈敏度高、成本低的優(yōu)點。
[0019]圖2是根據本發(fā)明一種實施方式的聲音傳感器的摩擦發(fā)電機的結構示意圖。
[0020]如圖2所示，摩擦發(fā)電機20包括第一摩擦層201、基底202、第一導電元件203、第二摩擦層204和第二導電元件205，其中，所述基底202用于支撐所述第一摩擦層201 ;所述第一導電元件203設置在所述第一摩擦層201和所述基底202之間并與所述第一摩擦層201 (例如，可以固定在所述第一摩擦層201上方)和所述基底202接觸；所述第二導電元件205設置(例如，可以固定在所述第二摩擦層204上方)在所述第二摩擦層204上方(例如，可以固定在所述第二摩擦層204上方)并與所述第二摩擦層204接觸；在沒有聲波作用時所述第一摩擦層201與所述第二摩擦層204之間存在預定間隙；在存在聲波作用時所述第一摩擦層201與所述第二摩擦層204相互接觸和分離，并通過所述第一導電元件203和所述第二導電兀件205輸出所述電信號。
[0021]其中，可以通過沉積的方式(例如電子束蒸發(fā)、等離子體濺射、磁控濺射或蒸鍍等)在所述第一摩擦層201與所述第二摩擦層204上分別形成所述第一導電元件203和所述第二導電元件205。基底202可以為固體材料，例如塑料(PMMA，PC)、金屬和化合物等，通過基底202對第一摩擦層201的支撐，可以確保第一摩擦層201不受聲波影響而保持靜止狀態(tài)。
[0022]根據本發(fā)明的一種實施方式，所述第一導電元件203和所述第二導電元件205通過導線206連接至檢測裝置30。
[0023]根據本發(fā)明的一種實施方式，所述第一摩擦層201通常保持靜止狀態(tài)，而所述第二摩擦層204在所述聲波的作用下可以產生形變。
[0024]根據本發(fā)明的一種實施方式，所述外殼10為耐壓殼,所述耐壓殼的殼體上設置有開口，所述開口中嵌入有透聲層，在介質中傳播的所述聲波穿過所述透聲層作用于所述摩擦發(fā)電機的第二摩擦層204而使所述第二摩擦層204產生形變。由此，所述第一摩擦層201與所述第二摩擦層204可以相互接觸和分離，并通過所述第一導電元件203和所述第二導電兀件205輸出所述電信號，該輸出的電信號(電流/電壓信號)與時間的關系如圖3A和圖3B所示(圖3A和圖3B是根據本發(fā)明一種實施方式的聲音傳感器在聲波作用下產生的電信號的示意圖)。其中，透聲層可以由耐腐蝕、耐壓力、透聲能力強的材料形成，例如硅橡膠，所述透聲層的尺寸大于所述第一摩擦層和第二摩擦層的尺寸，優(yōu)選的，所述透聲層的尺寸為所述第一摩擦層和第二摩擦層的尺寸的1.1至10倍。另外，透聲層與摩擦發(fā)電機的距離范圍為1cm至5cm。
[0025]其中，所示耐壓殼指的是能夠在介質中承受一定壓力的殼體，本領域技術人員可以根據實際需要選定能夠承受對應壓力的外殼，本發(fā)明不對此進行限定。對于透聲層(或者開口)，其數(shù)量可以是一個也可以是多個，本領域技術人員可以根據實際需要將適當數(shù)量的透聲層嵌入到耐壓殼的殼體的不同位置，例如，可以將透聲層嵌入到圓柱體耐壓殼的上下