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专利名称：一种三维组合式水听器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水听器领域，具体涉及一种具有同步共点测量声压、质点振速和振速一阶空间偏导数能力的三维组合式高指向性水听器。
背景技术：
高指向性水听器是一种能够同步共点测量水下谐和平面波声场中声压(一个分量)、质点振速(三个分量)以及振速空间一阶偏导数(九个分量)的传感器，水质点的振速与水质点声压梯度、振动的位移和加速度等矢量可以相互换算，水质点的振速空间一阶偏导数则与水质点声压空间二阶偏导数、振动位移空间一阶偏导数和加速度空间一阶偏导数等并矢量可以相互转换。高指向性水听器相比其他类型的水听器具有更尖锐的指向性和更高的指向性指数，其组合指向性图(声压、质点振速及振速空间一阶偏导数加权求和的归一化指向性)的_3dB波束宽度最小可达65°，指向性指数9.5dB，而目前广泛应用的矢量水听器的组合指向性图_3dB波束宽度最小只能达到104°，指向性指数6dB。因此，高指向性水听器在目标的探测与定位等领域具有很广阔的应用前景。目前已有少量关于高指向性水听器的专利及文献公开发表，这类具有高指向性的水听器为了达到测量振速空间一阶偏导数的目的采用了数目众多的传感器，致使水听器结构复杂，可靠性差，有的高指向性水听器虽然简化了结构，但却无法完整测量声压、质点振速和振速空间一阶偏导数的全部分量。因此，本实用新型设计制作了一种结构简单，能够同步共点测量水下谐和平面波声场中声压、质点振速以及振速空间一阶偏导数的全部分量的三维组合式高指向性水听器。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种结构简单、指向性更为锐化的三维组合式水听器。本实用新型的目的是这样实现的:三维组合式水听器，包括二维矢量水听器、声压水听器、刚性框架，二维矢量水听器悬挂于刚性框架的中心位置，声压水听器固定于刚性框架的中心位置，矢量水听器两两对称分布在声压水听器的两侧。二维矢量水听器为6个，声压水听器为I个，声压水听器位于直角坐标系原点位置，二维矢量水听器两两分别对称分布在原点两侧的X轴、y轴和Z轴上。二维矢量水听器到声压水听器的距离相等。同轴向的二维矢量水听器的距离远小于声波波长。二维矢量水听器、声压水听器通过刚性框架组装固定成三维组合式水听器。 刚性框架由不锈钢材料制成。本实用新型的有益效果在于:本实用新型仅利用六只二维矢量水听器和一只声压水听器就可以完整测量水下平面波声场中的声压、质点振速和振速空间一阶偏导数，能够完整测量声压、质点振速和振速空间一阶偏导数的全部分量，结构简单，指向性更为锐化。

图1是三维组合式水听器敏感元件空间分布图；图2是矢量水听器结构示意图；图3是声压水听器固定于刚性框架结构图；图4是三维组合式水听器空间结构图；图5是平面波方向性示意图；图6是三维组合式水听器指向性图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步描述。为了完整的获得水下谐和平面波声场中的声压、质点振速和振速空间一阶偏导数等声场信息，本实用新型提出了一种三维组合式水听器，由六个二维矢量水听器和一个声压水听器组合而成。矢量水听器1、矢量水听器2对称分布于X轴坐标原点的两侧，敏感轴向为X、z轴；矢量水听器3、矢量水听器4对称分布于y轴坐标原点的两侧，敏感轴向为X、y轴；矢量水听器5、矢量水听器6对称分布于z轴坐标原点的两侧，敏感轴向为y、z轴，每个轴向上的两只矢量水听器间距都为L，为了保证测量精度，应满足L << λ, λ为声波波长；声压水听器7置于直角坐标系的坐标原点，如附图1。三维组合式水听器还具有如下特点:(I)矢量水听器和声压水听器7位于刚性框架12的几何中心；(2)矢量水听器的敏感轴向与对称分布的挂钩10在同一平面；(3)不同坐标轴上的矢量水听器敏感轴向所在平面正交；(4)七个刚性框架12可按需组装。在实际测量中，参考附图1，三维组合式水听器中心位置O处的声压P由声压水听器7测得，三个振速分量(ux、uy、uz)由每个轴向上的两只矢量水听器测量求均值得到，九个振速空间一阶偏导数分量(dujdx > Bujdy、dujdz > dujdy.、du丨dx、duJdz、duzjdx、duyjdz、)由每
个轴向上的两只矢量水听器经过有限差分得到近似值。三维组合式水听器的声压、质点振速以及振速空间一阶偏导数的组合指向性函数
可以表示为
权利要求1.一种三维组合式水听器，包括二维矢量水听器、声压水听器、刚性框架，其特征在于:二维矢量水听器悬挂于刚性框架的中心位置，声压水听器固定于刚性框架的中心位置，矢量水听器两两对称分布在声压水听器的两侧。
2.根据权利要求1所述的一种三维组合式水听器，其特征在于:所述二维矢量水听器为6个，声压水听器为I个，声压水听器位于直角坐标系原点位置，二维矢量水听器两两分别对称分布在原点两侧的X轴、y轴和z轴上。
3.根据权利要求1或2所述的一种三维组合式水听器，其特征在于:所述二维矢量水听器到声压水听器的距离相等。
4.根据权利要求1或2所述的一种三维组合式水听器，其特征在于:所述同轴向的二维矢量水听器的距离小于声波波长。
5.根据权利要求1或2所述的一种三维组合式水听器，其特征在于:所述二维矢量水听器、声压水听器通过刚性框架组装固定成三维组合式水听器。
6.根据权利要求1或2所述的一种三维组合式水听器，其特征在于:所述刚性框架由不锈钢材料制成。
专利摘要本实用新型涉及水听器领域，具体涉及一种具有同步共点测量声压、质点振速和振速一阶空间偏导数能力的三维组合式高指向性水听器。三维组合式水听器，包括二维矢量水听器、声压水听器、刚性框架，二维矢量水听器悬挂于刚性框架的中心位置，声压水听器固定于刚性框架的中心位置，矢量水听器两两对称分布在声压水听器的两侧。本实用新型仅利用六只二维矢量水听器和一只声压水听器就可以完整测量水下平面波声场中的声压、质点振速和振速空间一阶偏导数，能够完整测量声压、质点振速和振速空间一阶偏导数的全部分量，结构简单，指向性更为锐化。
文档编号G01H3/00GK202974420SQ20122055316
公开日2013年6月5日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者杨德森, 孙心毅, 洪连进, 时胜国, 胡博, 周宏坤 申请人:哈尔滨工程大学