三维同振球型矢量水听器的特性及其结构设计2
矢量水听器的芯片级减震结构的设计
声纳是江河 湖海 中轮 船 的耳 目， 而水 听器 ¨ 是 决定声纳性 能好坏 的关键 部件—— 感 知并转换部 分。 海洋 中有各种各样背景 噪声 ， 包括 流噪声 、 浪声 、 海 船舶和鱼等生 物 的活动声 音 。而在这 为数 众 多 的背
景噪声 中要数 ｝海 浪 、 流 、 体 在风 浪下 的摇 摆 等 ｝ ｊ 涡 船
其 中 ２ ｍ＜ ， ＜ ３ 又不 能 超过 四梁边 框 的 边长 ｆ ０ ＝６４ ０
两个弹簧相连 ， 中框架通过外 圈两个 弹簧相连 ， 外 两对 弹簧方向垂直 ； 微型柱状体垂直 固定 于十字形悬臂梁
结构的中央 （ 四梁交叉 处的质量块上 ）该 微型柱状 即 ， 体选用密度与水 的密 度相近的材料 ； 十字形悬臂梁结 构的 四梁端部上设 置有 转换元件 ， 转换元件为硅微 该 应变压敏 电阻 Ｊ经 ＭＥ Ｓ工艺 加工 出， ， Ｍ ４个应变
矢量水听器结构组成
矢量水听器结构组成
矢量水听器是一种测量水流速和流向的仪器。
它主要由以下几部分组成：
1. 矢量传感器：矢量传感器是矢量水听器的核心部件，它通常由三个单独的水听器组成，分别测量水流速度在X轴、Y轴
和Z轴方向上的分量。
这三个传感器通常采用磁敏感的装置，利用磁场感应原理测量水流速度。
2. 信号处理单元：信号处理单元用于接收和处理矢量传感器采集到的信号。
它通常包含放大、滤波和数字转换等部分，将传感器采集到的模拟信号转换成数字信号，并进行相应的算法处理，得到水流速度和流向。
3. 数据存储单元：数据存储单元用于存储矢量水听器采集到的数据。
它通常包含存储芯片或存储器，可以将采集到的数据保存起来，以供后续分析和使用。
4. 供电部件：矢量水听器需要供电才能正常工作，供电部件通常包括电源和电池等，可以为仪器提供所需的电能。
5. 外壳和连接器：矢量水听器通常具有防水和耐腐蚀的外壳，以保护内部组件不受环境的影响。
同时，它还配备有连接器，可以连接其他外部设备，如数据采集器或计算机。
总的来说，矢量水听器的结构主要包括矢量传感器、信号处理
单元、数据存储单元、供电部件以及外壳和连接器等组成部分。
这些组件相互配合，实现测量水流速和流向的目的。
三维同振型矢量水听器设计
2009年第 4 期 声学与电子工程 总第 96 期5三维同振型矢量水听器设计田忠仁 陈斌 张椿（海声科技有限公司，宜昌，443005）摘要 为了使同振型压电陶瓷矢量水听器在低频和甚低频下有高的振速接收灵敏度和优良的偶极方向性，采用高灵敏度的双迭片压电弯曲圆片作为加速度计和注水银技术。
简要介绍了该矢量水听器的结构设计和水银量补偿两个关键技术，给出三维同振型矢量水听器声学性能测试结果。
关键词 矢量水听器；同振型；注水银声场是一个有矢量（质点振速）和标量（声压）的物理场。
在以往的水声设备中，多数只使用了声场中声压量来进行水中导航、探测和通信等技术开发。
随着声呐技术向低频、宽带、高指向方向发展的需求，在上世纪八十年代以后，采用矢量水听器进行水中低频探测的技术迅速发展。
矢量水听器与声压水听器相比有显著特点：一是通过加速度传感器（或振速、或位移传感器）可以检测声场中质点速度，形成三维的正交偶极指向性；二是偶极指向性在低频很宽的范围内，与频率和水听器尺寸无关；三是质点速度与声压相位差为90°；四是体积重量比较小。
这些特点使矢量水听器在以下领域使用有显著优越性：一是对水中低频、次声频的低噪声目标探测和海洋噪声的检测，克服了用声压技术带来的巨大孔径问题。
二是可解决水平拖曳阵中左右舷分辨模糊问题。
三是实现用单个矢量水听器对低频、甚低频噪声目标的被动探测。
1 设计技术加速度传感器的敏感元件由双迭片弯曲压电陶瓷圆片构成，如图1所示。
把三对（一对两只）双迭片弯曲压电陶瓷圆片相互正交安装在一个由金属或非金属材料加工成中空的正六面体上，再往该六面体内注入水银就构成三维水银加速度计；将三维水银加速度计和两个压电薄壁陶瓷圆环（供声压水听器使用）组装在一个芯柱上。
最后进行整体灌封制成“三维同振型注水银压电陶瓷矢量水听器”，如图2所示。
此时通过悬挂装置把它放入水下声场中，在声压和质点振速作用下，矢量水听器就能得到X 、Y 、Z 方向质点振速信号和声压信号。
光纤矢量水听器研究进展
光纤矢量水听器研究进展+倪明*张振宇孟洲胡永明（国防科技大学光电科学与工程学院长沙410073）摘要：阐述了光纤矢量水听器拾取声波振速信号的基本原理。
介绍了国内外矢量水听器研究现状与发展趋势，国防科大研制的同振球型光纤矢量水听器探头尺寸为Φ110mm，工作带宽20~2000Hz，加速度灵敏度大于35dB(ref 1rad/g)，指向性呈现“8”字自然指向性，工作水深大于500m。
海上初步实验结果表明，光纤矢量水听器可有效拾取水声信号，实现对目标的定向处理。
最后展望了光纤矢量水听器可应用的领域。
关键词：光纤矢量水听器矢量水听器目前水声探测所用的水听器一般都是声压水听器，它只能得到声场的声压标量。
光纤矢量水听器(fiber optic vector hydrophone, FOVH)是一种新型水声探测器，它在一个点上的测量信号中就已包含了声场的标量信息和三维矢量信息，通过这些信息的互相关处理，能极大地抑制干扰，提高信噪比。
传感单元具有指向性，抑制环境噪声4.8～6.0dB，这样在相同阵增益的情况下可大大减小阵列的孔径。
单个传感器具有指向性，可有效解决声压水听器阵列的左右弦模糊问题。
光纤矢量水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下三维声场信号传感器[1]。
它通过高灵敏度的光学相干检测，将声波振速信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统提取声波信息。
相对于传统压电矢量水听器，干涉型光纤矢量水听器灵敏度高、信号经光纤传输损耗小、免电磁干扰、无串扰、能在恶劣的环境中实现长期稳定工作，系统具有光纤网络的特点，可大规模组阵实现水下大范围声学监测。
1 基本原理干涉型光纤矢量水听器基于光纤干涉仪原理构造，拾取声信号的原理基于声压对干涉仪两臂的调制，全光光纤矢量水听器系统则是湿端基于光纤矢量水听器探测单元，信号传输采用光缆传输，以湿端无任何电子器件为特性的先进水下声测量系统。
1.1 光纤干涉仪原理图1是Michelson光纤干涉仪基本结构图。
三维同振柱型矢量水听器的制作
Fabr ica tion of a resonan t2cylinder three2d im en siona l vector hydrophone
GUAN L ing2gang, ZHANG Guo2jun, XUE Chen2yang, LAN W ei2jun (National Key Laboratory for Electronic M easurement Technology, North University of China; Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynam ic M easurement (North University of China) ,
4) 矢量水听器的整体组装 。 ①安装加速度计 。将 3个加速度计分别安置在 三面基底支架上 ,并用螺丝固定 ,形成敏感单元 。 ②包裹敏感单元 。将敏感单元用胶带包封成空 心正方体 ,作用是为了减少水听器的平均密度 。 ③清洗模具并标定中心 。用丙酮把模具清洗干 净 ,分别测量加速度计模块和圆柱模具的中心位置 , 并做下记号 。 ④涂抹脱模剂 。将脱模剂均匀涂在模具内侧 , 便于拆模 。脱模剂配方 :硅脂 30% ,甲苯 70%。 ⑤配置聚氨酯 。用烧杯按 1 ∶1 量出适量的聚 氨酯配置成分甲 80 mL 和成分乙 80 mL ,然后不断用 玻璃棒按同一个方向搅拌均匀 ,同时加热 。搅拌均匀 后用真空泵抽真空脱泡 。 ⑥预热 。将模具预热至 30°～50°之间 ,但时间 不要太长 ,这样做的目的是为了防止聚氨酯性能下 降 ,增加浇铸流动性 ,有利于气泡溢出 。 ⑦放置加速度计模块 。将整体加速度计模块悬 挂在固定台上 ,并放置到圆柱灌模具里 ,使加速度计 模块的重心位置尽可能的和圆柱中心位置重合 ,并固 牢在支架台上 。 ⑧灌胶 。将事先调配好的聚氨酯从模具的一侧 慢慢倒入 ,并及时用细针将产生的气泡挑破 ,以防止 在灌封层内出现气泡 。 ⑨烘烤 。将模具放进烘箱 ,温度控制在 60°左 右 ,烘烤 6 h,断电 ,待其自然冷却至室温 。 ⑩拆模 。冷却后 ,拧开模具底盖上的螺丝 ,然后 从底部往上推出固化的聚氨酯 。
基于MEMS的矢量水听器的研究
哈尔滨工程大学硕士学位论文基于MEMS的矢量水听器的研究姓名：孙淑珍申请学位级别：硕士专业：水声工程指导教师：洪连进20060301由系统感受到的加速度决定的。
有很多种实现方法，这些方法分别基于半导体的压阻效应、电容效应、压电效应和谐振器原理。
这些方法各有优缺点。
压阻式加速度传感器中是把被测加速度转化为电阻的变化，压电加速度计中被测加速度转化为电压变化，电容加速度计中转化为电容变化。
其中压阻式加速度传感器的缺点是具有较大的温漂，而且和电容式加速度传感器相比灵敏度较低【】６ｌ。
压电加速度计在低频段为保证高灵敏度具有体积大的缺点；而ＭＥＭＳ电容式加速度计恰恰适合工作在低频，且具有高的灵敏度【１７】，同时，电容加速度传感器还具有以下的优点：１．温度稳定性好电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又因本身发热极小，影响稳定性甚微。
２．结构简单，适应性强电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度；可以做得非常精巧，以实现某些特殊的测量；电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料（如玻璃、石英、陶瓷等）作绝缘支撑，因此能工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中，可队承受很大的温度变化，承受高压力、高冲击、过载等；自ｇＴｊｉ］超高压和压差。
也能对带磁工件进行测量。
１．５．２微电容式加速度传感器的研究现状国内外电容式加速度传感器有很多种类型，有硼硅膜加质量块式‘１８１见图１＿３：差动电容硅梁连质量块式【１９】见图１．４；国内外都有用梳齿结构的，如图１．５即是其中一种梳齿结构削；美国ＡＤＩ公司所生产的ＡＤｘＬ加速度有硅梁如图１．６所示结构的那样刚；图１３硼硅膜加质量块式电容加速度传感器结构图图１．４硅梁连质量块式电容加速度传感器的结构图图１．５梳齿式电容加速度传感器结构图图１．６ＡＤＸＬ加速度计的内部结构图哈尔滨工程大学硕士学位论文用在侦探信号时，需要很好的灵敏度和稳定性，而热噪声会对矢量水听器产生影晌，因而电容式加速度传感器用在矢量水听器中有着无可比拟的优点。
三维同振球型矢量水听器的特性及其结构设计
压的差值信号，可计算出水听器声中心连线中
点处的声压梯度或质点振速值．由于这种矢量
水听器工作原理及其构成特点，决定了它的工 作频带较窄，声压梯度或振速灵敏度较低，特 别是在低频和弱声场情况下，翰出信嗓比不会 很高．所有这些使 “ 双水听器”型矢量水听器 的应用受到了限制． 外壳静止型矢盘水听器（ （ ） 是在大 图１ ）， ｂ 质量金属外壳或框架上安装敏感元件 （ 例如压 电陶瓷片） ，当水听器置于声场中时，外壳对 声波呈现高的声阻抗，即在声场作用下外壳或 框架“ 巍然不动” 可以近似看作是静止状态， ，
矢量水听器各通道之间、矢量通道与标量
动． １水听居 （ 式矢 １ ）
压电式矢皿水听器 （） ２
（ ） 声压 通道之间的 相位差特性是矢量水听器实
ｉ ｌ ； 一门 ｎ
际应用中的重要性能参数，而这些相位差特性 Ｉ ｕ １ ｌ ｌｌｌ ｎ 只能而且必须依靠合理的结构设计和严格的制
２ 矢，水听器的结构类型
根据水听器与声场的相互作用方式，矢量 水听器可以分为三大类：双声压水听器型、外
一维同振球型矢量水听器 Ｉ． ４ １
３ 表征矢ｔ水听器性能的电声参数
矢量水听器如同一般声压型水听器那样， 要用一系列的电声参数来表征．与声压水听器 相比， 矢量水听器在指向性、 灵敏度和通道相位 的特性方面有些特殊，因而对矢量水听器的这
ｄｏ ｌ ｅ ｒｐａ ｓ ｎ
１ 引言 众所周知，迄今在水声技术领域，普遍使
用声压型接收换能器 （ 水听器） 它把声场中的 ．
声压信号转换成与之成比例的电信号．理论和
能器．它是水声换能器家族中的新成员．由于 其具有独特的优点和广泛的应用前景，它的问 世已经引起人们的普追关注．当今在水声领域 形成了以矢里水听器为核心的 “ 矢量 一 相位” 技术．美国、俄罗斯等国已开展了广泛而深入
三维同振柱型矢量水听器的制作
三维同振柱型矢量水听器的制作关凌纲;张国军;薛晨阳;蓝伟军【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2009(000)009【摘要】作为水下信号探测的主要器件,水听器的好坏直接影响到探测器的接收性能.本文研究了一种三维矢量水听器,该水听器基于压阻加速度计设计,采用同振原理,可以测量水中声场的矢量信息.文中介绍了矢量水听器的结构以及表征参数,给出了三维同振柱型矢量水听器的设计过程,详细描述了该水听器的制作工艺,采用高频低衰减低渗水聚氨酯做为灌封的主要材料,该材料具有较高的透声系数.最后利用室内校准装置对研制的矢量水听器进行了测试,得出了该矢量水听器具有余弦"8"字指向性,并给出了三路信号的频响曲线.【总页数】4页(P87-90)【作者】关凌纲;张国军;薛晨阳;蓝伟军【作者单位】中北大学,电子测试技术国家重点实验室,仪器科学与动态测试教育部重点实验室,河北,太原,030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,仪器科学与动态测试教育部重点实验室,河北,太原,030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,仪器科学与动态测试教育部重点实验室,河北,太原,030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,仪器科学与动态测试教育部重点实验室,河北,太原,030051【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.一种MEMS同振柱型仿生矢量水听器的研制 [J], 刘林仙;张国军;许姣;张文栋;薛晨阳;葛晓洋;张慧2.采用双迭片压电敏感元件的同振柱型矢量水听器 [J], 陈洪娟;洪连进3.三维同振球型矢量水听器的特性及其结构设计 [J], 贾志富4.硅基MEMS振速型矢量水听器设计 [J], 刘云飞;周瑜;朱晓枭;涂其捷;张学聪;冯杰5.中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构设计 [J], 刘爽;蓝宇;李琪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种新型同振式矢量水听器的结构设计与性能研究
一种新型同振式矢量水听器的结构设计与性能研究
谢攀;徐袭
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2017(039)009
【摘要】本文通过分析压电加速度计的幅频特性,设计一种中心位置固定安装的悬挂系统,给出对应的新型同振式矢量水听器的设计方案,并对其性能进行仿真分析.结果表明,中心固定式矢量水听器结构紧凑、安装方便,适合水下小尺寸平台的安装使用,在工作频带内可准确测量声场中声压与质点振速信息.
【总页数】4页(P148-150,168)
【作者】谢攀;徐袭
【作者单位】中国人民解放军91388部队,广东湛江 524022;中国人民解放军91388部队,广东湛江 524022
【正文语种】中文
【中图分类】TB565.1
【相关文献】
1.用于 MEMS 矢量水听器流激噪声抑制的“三明治”式封装结构设计与性能测试[J], 张国军;刘林仙;王盼盼;杨士莪;张文栋
2.柔性元件对同振式矢量水听器接收性能影响研究 [J], 谢攀;张恺
3.一种新型三维MEMS电容式矢量水听器研制 [J], 宫占江;李金平;张鹏;陈丽洁;孟洪
4.大深度同振式矢量水听器耐压结构设计 [J], 王文龙;王超;孙芹东;张小川
5.一种小尺寸惯性式矢量水听器的振速放大结构设计 [J], 马鑫;洪连进;吴鸿博因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。