專利名稱：三維雙球體形智能復合式矢量水聽器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三維復合式矢量水聽器，具體的說是一種具有雙球體形結構的三維智能復合式矢量水聽器。
背景技術：
隨著微電子技術、計算機技術和通信技術的高速發展，其產品性能不斷提高、價格日趨低廉，極大地推動了傳感與檢測技術的發展和應用。智能傳感器、計算機檢測技術等相繼問世，逐步形成了功能比較齊全的現代感測技術與系統。智能傳感器是微型計算機技術和傳感器技術相結合的產物，也是傳感器技術克服自身不足向前發展的必然趨勢。智能傳感器不僅具有基本的檢測能力，而且具有存儲、思維、邏輯判斷、數據處理和自適應能力等功能。矢量水聽器技術誕生于20世紀40年代，相比傳統聲壓水聽器，屬于一種比較新的水聲信號接收器。矢量水聽器可以與聲壓水聽器一起構成復合式矢量水聽器，實現同時共點獲取水下聲場中的標量信息和矢量信息，包括質點位移、速度、加速度以及聲壓梯度等信號。但是目前無論是矢量水聽器還是聲壓水聽器都還停留在單一的傳感器階段，為進一步克服自身不足，提高整體性能，更好地服務于水聲領域，迫切需要發展以智能傳感器為基礎的矢量水聽器技術。矢量水聽器為滿足同振式聲接收的條件，大都設計成球形或者柱形。這兩種結構的矢量水聽器尚存在不足之處:對于柱形矢量水聽器來說，由于其自身形狀特點，只能用于空間二維測量，應用受到一定限制；球形矢量水聽器可用于三維聲學測量，其聲壓通道復合方法一般有外置分布以及內嵌分布兩種，但是外置分布式復合矢量水聽器使用操作麻煩，而內嵌分布式復合矢量水聽器制作工藝比較復雜，目前沒有更好的解決方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種易于安裝的，智能的，具有雙球體形結構的三維復合式矢量水聽器。本發明的目的是這樣實現的:包括一只雙球體形復合式矢量水聽器、兩只彈簧和一個安裝支架，彈簧與矢量水聽器以及安裝支架之間采用螺釘剛性連接。本發明還包括:1.所述的雙球體形復合式矢量水聽器采用微慣性檢測單元作為運動敏感元件，具體的說包括三軸向的微機械加速度計和三軸向的微機械陀螺儀。2.所述雙球體形復合式矢量水聽器安裝有水密接插件，同時水密接插件的底座作為矢量水聽器另一端的彈簧固定支撐。3.所述連接件為管狀結構。4.所述的雙球體形復合式矢量水聽器的聲壓通道附在兩球體中間的連接件上。
5.所述彈簧為平面渦卷彈簧，且空間各方向的彈性相同。在低頻條件下，雙球形結構的矢量水聽器的尺寸相比聲波波長很小，可近似為一點，滿足同振式聲接收的條件，即:平面聲場中，當球體尺寸遠小于聲波波長且為整體為中性浮力狀態時，球體將和水質點作等幅同相振動。從結構上講，智能傳感器的核心是傳感器和微處理器兩個部分。對于智能矢量水聽器，本發明中采用基于MEMS工藝的微慣性檢測單元作為敏感單元，共有六個自由度，包括三軸向的微機械加速度計，以及三軸向的微機械陀螺儀。其中，加速度計作為矢量水聽器的振動檢測元件，陀螺儀用于測量矢量水聽器的角速度，由此解算其姿態，并對加速度計得到的信號進行修正，對目標方位進行準確判斷。而信號微處理單元可以對微慣性檢測單元進行零點矯正、溫度補償、非線性修正等操作，還可以進行數值濾波、相關分析等信號處理和數據融合。本發明的優勢在于:1、矢量水聽器采用雙球體形結構，不但能獲得聲場三維矢量信息，而且容易復合聲壓通道，便于安裝和維護；2、柔性安裝元件采用兩只平面渦旋形彈簧代替傳統多根直線形彈簧懸掛，使得安裝過程更加簡便；3、采用數字信號輸出的微機械傳感器，功耗低，抗干擾能力強，操作簡單，使用方便；4、內置信號處理微單元，具有自動補償和計算的能力，使得檢測結果更加準確；還能將數據直接上傳數據總線，實現雙向通信。5、本發明具有強大的多傳感器數據融合能力，適用于多矢量水聽器陣列中。
圖1是本發明中帶懸掛結構的矢量水聽器結構示意圖；圖2是本發明中聲壓通道結構的剖視圖；圖3是本發明中聲壓通道結構的左視圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發明專利的具體實施方法:如圖1所示，整個系統包括安裝支架1，復合矢量水聽器2以及一對平面渦卷彈簧
3。平面渦卷彈簧3的內圈連在矢量水聽器2的兩端，外圈通過螺釘4固定在安裝支架I上。復合矢量水聽器2整體呈雙球體形，由微慣性檢測單元(MMU) 5、連接件(聲壓通道)7、信號微處理單元(MPU)6、懸掛支撐8和水密接插件9組成，同時水密接插件9又用作矢量水聽器另一邊的彈簧懸掛支撐。微慣性檢測單元5和信號微處理單元6分別放置于兩個空心球殼內，微慣性檢測單元5的輸出線纜穿過連接件的軸向走線孔20，進入信號處理單元6。在水中，復合式矢量水聽器2整體呈中性浮力狀態。如圖2，聲壓通道包括金屬圓柱背襯15，絕緣云母墊片14、壓電陶瓷圓管13以及屏蔽銅網12。具體實施步驟:首先在圓柱表面粘一層絕緣云母墊片14，將再將壓電陶瓷圓管13固定在絕緣云母墊片14外，然后套上屏蔽銅網12，控制好屏蔽銅網12與壓電陶瓷圓管13的間距，灌入聚氨酯材料11進行水密。待固化完全后，擰上帶螺紋的動壓緊蓋21，完成聲壓通道即連接件7的安裝。結合圖2和圖3，連接件7具有一定的強度，起到連接微慣性檢測單元5和信號微處理單元6以及水密的作用。連接件7分為帶螺紋的動壓緊蓋21，不動壓緊蓋17以及金屬圓柱背襯15三個部分，其中，動壓緊蓋21上有安裝螺紋22，不動壓緊蓋17和金屬圓柱背襯15加工成一體結構。金屬圓柱背襯15上需要打徑向走線孔18和軸向走線孔20，它們之間相互連通。徑向走線孔18用于聲壓通道中壓電陶瓷圓管13以及屏蔽銅網12的走線，軸向走線孔20用于微慣性測量單元5的走線以及徑向走線孔18的輸出線的走線。連接件7兩端的壓緊蓋上有密封圈槽19和四只安裝通孔16。安裝時，水密橡膠圈套在密封圈槽19，用螺釘穿過安裝通孔16并緊合連接兩只球體，完成最后的安裝。
權利要求
1.一種三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，其特征是:包括一只雙球體形復合式矢量水聽器、兩只彈簧和一個安裝支架，彈簧與矢量水聽器以及安裝支架之間采用螺釘剛性連接。
2.如權利要求1所述的三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，其特征是:所述的雙球體形復合式矢量水聽器采用微慣性檢測單元作為運動敏感元件，具體的說包括三軸向的微機械加速度計和三軸向的微機械陀螺儀。
3.根據權利要求1或2所述的三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，其特征是:所述雙球體形復合式矢量水聽器安裝有水密接插件，同時水密接插件的底座作為矢量水聽器另一端的彈簧固定支撐。
4.根據權利要求1或2所述的三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，其特征是:所述連接件為管狀結構。
5.根據權利要求3所述的三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，其特征是:所述連接件為管狀結構。
6.根據權利要求1或2所述的三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，其特征是:所述的雙球體形復合式矢量水聽器的聲壓通道附在兩球體中間的連接件上。
7.根據權利要求3所述的三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，其特征是:所述的雙球體形復合式矢量水聽器的聲壓通道附在兩球體中間的連接件上。
8.根據權利要求1或2所述的三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，其特征是:所述彈簧為平面渦卷彈簧，且空間各方向的彈性相同。
9.根據權利要求3所述的三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，其特征是:所述彈簧為平面渦卷彈簧，且空間各方向的彈性相同。
全文摘要
本發明提供的是一種三維雙球體形智能復合式矢量水聽器，包括一只雙球體形復合式矢量水聽器、兩只彈簧和一個安裝支架，彈簧與矢量水聽器以及安裝支架之間采用螺釘剛性連接。本發明具有小體積，高精度，高可靠性與穩定性以及較強的自適應能力等特點，并且組裝實施方便快捷。
文檔編號H04R1/44GK103152665SQ20131006598
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者周宏坤, 洪連進, 楊德森 申請人:哈爾濱工程大學