新型矢量水聽器研究.pdf

1、矢量水聽器作為一種新型水聲換能器，可以提供水下聲場質(zhì)點振速信息，具有常規(guī)水聽器無法比擬的優(yōu)勢。因此能夠使研究人員更加全面的了解聲場，促進(jìn)對水下聲學(xué)物理特性的研究。尤其優(yōu)越的低頻余弦型指向性，可以使其在小孔徑下獲得較高的增益。矢量水聽器按照工作原理主要分為兩大類：一種為慣性傳感器，即通常的同振柱型與球型矢量水聽器。作為慣性式傳感器，結(jié)構(gòu)上主要由懸掛系統(tǒng)與傳感器本身組成。在應(yīng)用上作為一整體，性能指標(biāo)由懸掛系統(tǒng)與傳感器本身共同確定。一種為非慣

2、性傳感器，主要包括壓差式矢量水聽器和多模水聽器（從傳感器方式上多模水聽器本身就是一種壓差式矢量水聽器）。作為非慣性式傳感器，結(jié)構(gòu)上不需要懸掛系統(tǒng)。性能指標(biāo)由傳感器本身確定。
　　針對同振型矢量水聽器多采用金屬彈簧或橡膠繩后期點對點懸掛，且重復(fù)懸掛會帶來水聽器性能指標(biāo)不穩(wěn)定的問題，本文提出一種可剛性固定的同振柱型矢量水聽器。其思想為將懸掛系統(tǒng)與同振柱型矢量水聽器融為一體，結(jié)構(gòu)上采用圓環(huán)型橡膠彈簧與同振柱型矢量水聽器面對面接觸方式；在

3、運動方式上利用圓環(huán)型橡膠彈簧剪切運動使水聽器與水下聲波達(dá)到同振的效果。本文首先針對同振柱型矢量水聽器接收理論通常不考慮懸掛系統(tǒng)對性能指標(biāo)影響的問題，利用等效電路法將聲學(xué)理論與振動系統(tǒng)同時融合在等效電路中。通過建立帶有懸掛系統(tǒng)的同振柱型矢量水聽器等效電路，推導(dǎo)出水聽器在水中的靈敏度表達(dá)式。仿真分析水聽器密度，內(nèi)部敏感元件，懸掛系統(tǒng)對水聽器工作特性的影響。再利用有限元方法（基于ANSYS軟件）對圓環(huán)型橡膠彈簧的水平剪切剛度影響因素進(jìn)行研究。

4、利用2參數(shù)Mooney-Rivlen模型分析圓環(huán)橡膠彈簧材料參數(shù)，尺寸參數(shù)對剪切剛度的影響，并計算在有預(yù)應(yīng)壓力的條件下不同壓力值對剪切剛度的影響。在此基礎(chǔ)上，研制出兩種內(nèi)置不同敏感元件的矢量水聽器樣品。內(nèi)置壓電加速度計的同振柱型矢量水聽器，其工作頻段為500Hz-2500Hz，靈敏度不小于-190dB（@1kHz）；內(nèi)置動圈速度計同振柱型矢量器，其工作頻段為500Hz-1600Hz，靈敏度為-190dB。
　　同振型矢量水聽器的彈

5、性懸掛系統(tǒng)通常僅作為振動系統(tǒng)的一部分，并不直接與聲波作用。本文研究了一種具有彈性包裹體的同振球型矢量水聽器。聲波通過彈性包裹體作用到內(nèi)部球型矢量水聽器使之運動，進(jìn)而拾取聲質(zhì)點振速信號。文中介紹了該型矢量水聽器物理模型的建立過程，通過理論與仿真分析，確定了相關(guān)參數(shù)對水聽器性能的影響規(guī)律。最后研制出水聽器樣品，并在新安江進(jìn)行湖上測試。其工作頻段為63Hz-1600Hz，靈敏度為-183dB（@1kH）。
　　針對壓差式矢量水聽器通常只

6、適合高頻段工作且?guī)捿^窄的問題，本文提出一種新型夾心結(jié)構(gòu)壓差式矢量水聽器。利用棒的彎曲振動模態(tài)使之可在較低頻率下工作。本文研究了如何利用ANSYS軟件分析計算壓差式矢量水聽器水下電聲特性。首先利用ANSYS有限元軟件對夾心結(jié)構(gòu)壓差式矢量水聽器模型進(jìn)行空氣中模態(tài)分析，研究材料參數(shù)對水聽器最低階振動模態(tài)的影響。其次，對水聽器進(jìn)行水中諧響應(yīng)分析，運用互易原理對其靈敏度進(jìn)行仿真計算。通過聲場分析，得出其指向性特性。最后，研究了新型夾心結(jié)構(gòu)壓差式