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新型结构三维矢量水听器的研究

任一石  
【摘要】:矢量水听器比传统的声压水听器能测得更多的声场信息,在水声技术中有重要的应用价值。目前,在制作同振式矢量水听器时,敏感元件都被直接灌封到复合材料里。这样的矢量水听器一旦成型,其内部敏感元件就不能再更换,频带和灵敏度固定不变,应用范围相对也比较固定。如果敏感元件出现问题,这个矢量水听器就不能用了,同时,如果需要更高灵敏度的矢量水听器就必须重新制作,这对矢量水听器后期维护和升级来说既费时又费钱。本文就是要设计一种新型的、可方便更换敏感元件的矢量水听器结构,探讨性研制一种可以进行硬件升级、使用范围更广、成本更低的矢量水听器。 本论文首先利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics对水下刚性体和弹性体周围散射声场分布进行了仿真和分析,建立了弹性自由运动球体和柱体的声接收模型,并与水下刚性体的声接收理论进行比较。然后建立了表面有凸起的同振球型矢量水听器模型,仿真并分析了表面凸起部分对矢量水听器性能的影响。 在理论与仿真基础上,设计和优化了矢量水听器的结构,制作了两个表面有凸起的同振球型矢量水听器,并在消声水池进行校准测量。其中矢量水听器球型基体直径为65mm,灌封好的敏感元件尺寸为φ15×25mm,敏感元件采用压电加速度传感器,灵敏度M_a=95mV/g。矢量水听器每个通道由两个方向相反的加速度传感器差分相减,其声压灵敏度保持在-202~-204dB(0dB=1V/μPa,1000Hz),具有余弦指向性。样品的测试结果表明:带圆柱凸起的同振球型矢量水听器结构可以实现,在试验中可方便更换敏感元件,达到设计目的。


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