10-100Hz矢量水听器研制及其测试方法研究

10-100Hz矢量水听器研制及其测试方法研究作者：赵鹏涛学位授予单位：哈尔滨工程大学相似文献(10条)1.期刊论文费腾.徐平矢量水听器的低频相位校准方法-声学与电子工程2006(z1)描述了一种在平面驻波声场中,对矢量水听器进行相位校准的方法,该方法可以在20Hz～2kHz频率范围内,对矢量水听器的矢量通道和声压通道之间的相位差进行校准.2.学位论文陈丽洁微型矢量水听器研究2006由于安静型潜艇的出现，反潜问题日益受到各主要海军国家的重视，传统的水声声纳探测技术受到前所未有的挑战，纷纷探索利用新原理、新技术、新工艺的新的水下目标检测方法。目前一般使用的检测方法是利用声压水听器阵来探测潜艇，这时只能获得声场的标量参数，不能充分的获得声场的全部信息。矢量水听器的发展应用，大大提高了对安静型潜艇目标的探测能力：这首先在于矢量水听器的采用使水声测量系统的抗干扰能力和线谱检测能力获得提高[1]；另外，即使采用单个小尺寸的组合传感器，也可以通过声压、振速的联合信号处理，实现目标方位的估计[2]；从能量检测的角度讲，矢量水听器的采用，使系统的抗各向同性噪声的能力获得极大提高，并可藉助相对来说较小的传感器基阵实现低频、远距离、多目标的识别等。因此矢量水听器的研究工作受到国内外极大重视。为了解决辐射噪声越来越低的安静型潜艇的探测问题，目前对矢量水听器来说急需解决的几个问题是：1，大灵敏度问题；2，甚低频检测问题；3，矢量水听器的小型化问题；4，抗噪声干扰问题等。以上这些问题可以利用MEMS技术平台、光检测技术平台、集成技术平台等为依托，开发新型传感器制作技术，并通过声纳系统数据融合技术途径得到解决。本文提出采用压阻原理，利用MEMS制作技术进行设计制作小型矢量水听器，期望利用敏感材料的压阻效应，提高矢量水听器的低频灵敏度，并且实现传感器的小型化。矢量水听器按拾振原理分主要有动圈式、声压梯度式、同振式等。不同的拾振型式对应的工作原理各不相同，但都有一个共同特点，即可以检测声场质点振速的矢量信息，且对于声信号的检测具有呈8字形偶极子形式的方向特性。根据本文工作内容，主要介绍同振型矢量水听器的工作原理，重点分析压阻效应检测原理以及MEMS工艺设计原理。文中首先通过几种不同方法分析推导矢量水听器拾振条件，给出设计依据。由于本文涉及采用新的检测原理检测声信号，而检测原理的可行性与正确性来源于对拾振机理分析的正确性。因此分别通过从声学理论角度建立矢量水听器的拾振条件、从声场分析的角度和应用振动学理论建立矢量水听器拾振模型，根据对设计系统工作机理的分析，来充分论证应用敏感材料压阻效应的可行性。在压阻式矢量水听器的设计方面主要分析介绍了敏感基元设计技术、信号提取设计技术和片式组合设计技术等部分内容。敏感基元的设计主要包括以下内容：(1)结构灵敏度的设计；(2)应变计的设计；(3)阻尼设计，结构灵敏度的设计中主要给出了输出灵敏度表达式、固有频率表达式及参数优化匹配内容等。信号提取部分主要介绍了电路的构成及输出灵敏度的分析计算方法，并作了简单的误差分析。给出了工艺实现途径和集成型矢量水听器的实现方法。在针对如何形成具有一维、二维、三维矢量测试功能的矢量水听器结构，且在水听器小型化及有效克服噪声影响的前提条件下，如何能获得较大的接收灵敏度的情况，讨论了压阻式矢量水听器的制作方法。实际工作中系采用压阻原理制作敏感基元，然后采用多片式组合设计技术，即将敏感基元与包括仪表放大电路在内的信号接收电路进行多片式组合设计，形成检测基元，这样可以使信号在离检测源最近处得到放大，形成高灵敏度组件，在一定程度上克服噪声影响。工艺实现方法上可采用半导体集成工艺、厚膜集成电路或薄膜集成电路工艺以及印刷电路板工艺实现，最后进行整体的声学灌封，选取了高频低衰减低渗水聚氨酯灌封材料，可以很好的解决耐水、耐压等问题。其中重点介绍了压阻敏感基元的工艺设计技术。最后，根据所研制压阻式声矢量传感器工作频率范围要求以及低频水声测试方法中存在的问题，在理论分析基础上，提出采用振动台标定与水下测试相结合的方法，对矢量水听器的性能进行考核。通过振动台测试可以看到敏感元件在几赫兹一直到4K赫兹频率范围内具有平直的频率响应曲线。根据上述原理制作的矢量水听器在国防水声一级计量站进行测试。在1k～4kHz频率范围内，接收灵敏度测量采用脉冲比较法，执行标准为GB/T3223-94、GB7965-2002。指向性图测量采用纯音脉冲声测量，执行标准为GB/T3223-94、GB7965-2002。测试结果表明：利用压阻原理设计试制的矢量水听器，可以在小型化前提下实现较高的灵敏度指标，并且有比较满意的指向性图，可以在今后应用于低频水声测量。3.会议论文费腾.徐平矢量水听器的低频相位校准方法-2006描述了一种在平面驻波声场中,对矢量水听器进行相位校准的方法,该方法可以在20Hz～2kHz频率范围内,对矢量水听器的矢量通道和声压通道之间的相位差进行校准.4.会议论文洪连进.方尔正.武甜甜基于压电加速度计的低频同振式矢量水听器小型化的研究-2009根据压电加速度计工作原理以及声学理论，提出一种基于三轴向压电加速度计的同振式矢量水听器。针对低频矢量水听器小型化问题，设计一种高灵敏度及小体积的三轴向压电加速度计。该加速度计采用电荷输出，各通道灵敏度可达11000pC／g，加速度计内部没有ICP转换电路。在此基础上研制了具有三个振速通道和一个声压通道的球形矢量水听器，矢量水听器直径为130mm，工作频带为20-1000Hz。振速通道声压灵敏度为-178dB(1000Hz，0dB=1V／μPa)，声压通道灵敏度为-211dB。研究结果表明：在采用电荷输出方式、且矢量水听器的工作指标并未降低的条件下，可以将球形矢量水听器的直径由原来的220mm成功减小为130mm。5.期刊论文吕云飞.师俊杰.孙大军.兰华林.LVYun-fei.SHIJun-jie.SUNDa-jun.LANHua-lin水池中低频矢量水听器灵敏度校准-压电与声光2009,31(6)在水池中,低频声源与矢量水听器吊放在水池中央,间距小于水池的混响距离,在100～1000Hz范围内测量矢量水听器声压和矢量通道接收信号的灵敏度.对测量得到的灵敏度进行球面修正,可得到矢量水听器声压通道和矢量通道的灵敏度.测量结果表明,这种校准方法能校准低频矢量水听器的灵敏度,结果与理论相符.6.会议论文高源.姚蓝低频、甚低频段矢量水听器的应用研究-2007基于水声信号处理频段的划分,介绍了几种低频、甚低频段矢量水听器及其接收装置,讨论了它们在实际中应用的几个问题。在此基础上介绍了两种可在工程中应用的低频、甚低频段单矢量水听器韵测向方法以及可能的测距、分类方法,并给出单矢量水听器测向的湖上试验结果。文章的最后介绍了独联体国家利用矢量水听器测量潜艇噪声的两种方案。7.期刊论文张开锐.薛晨阳.张国军.关凌纲.王建平.ZHANGKai-rui.XUEChen-yang.ZHANGGuo-jun.GUANLing-gang.WANGJian-pingMEMS矢量水听器及其方位估计研究-传感器与微系统2009,28(6)水下目标被动侦测对高灵敏、低频检测矢量水听器提出了越来越高的要求,传统的矢量水听器已不能满足需求.基于新原理的矢量水听器的大量研究,提出了一种新的MEMS矢量水听器,介绍了该水听器方位检测原理;设计了方位估计实验方案,完成了实际的方位估计实验.测试结果表明:该水听器角度测试值与真实值基本相符,误差约为2°.8.会议论文孟洪.陈丽洁.许欣然基于MEMS技术的低频微型矢量水听器技术研究-2009本文将MEMS技术用于矢量水听器的设计与研制中，介绍了以微机械加工技术为基础的矢量水听器的工作原理与设计方法，具体分析了检测单元MEMS敏感芯片微机械结构设计及工艺实现方法等，对二阶系统悬臂梁结构进行了建模分析，在理论分析的摹础上，研制了基于MEMS技术的三维同振柱型压阻式组合矢量水听器，并给出了矢量水听器的声性能测试结果。9.期刊论文孙贵青.杨德森.张林.何元安.张揽月.洪连进矢量水听器在水下目标低频辐射噪声测量中的应用-哈尔滨工程大学学报2001,22(5)研究利用矢量水听器测量水下目标低频辐射噪声的问题,并给出了测量方法和海上试验结果.10.学位论文范继祥矢量水听器校准装置研究2007矢量水听器能够测量声场的矢量信息，如声压梯度，质点振速，质点加速度等，从而解决了声压水听器无法解决的一些问题，因此被广泛地应用在水声工程的各个领域。而随着矢量水听器在水声领域应用的日益广泛，对矢量水听器的校准变得尤为重要。目前，对矢量水听器普遍采用自由声场或等效自由声场进行校准，但由于这些方法在校准低频矢量水听器时存在诸多问题，因此本文采用了一种在平面驻波场内对矢量水听器进行校准的方法。平面驻波场的形成方法有很多种，本文采用振动液柱法形成平面驻波场，同时对液柱内声场分布情况进行了简正波方法分析，并给出了驻波场内矢量水听器的声压灵敏度校准公式。本文应用ANSYS有限元软件对高、低频驻波管的振动模态做了分析，并对驻波管内声场分布情况作了仿真，同时将仿真结果与理论值进行了比较。将本文设计制作的高、低频发射器分别应用在高、低频声管中构成两套矢量水听器指向性和灵敏度校准系统，并对高、低频驻波声场进行了校验，与其声场声压理论值和仿真结果进行了比较，误差较小。同时本文给出了在低频驻波管声场中，利用比较法校准得到的一只矢量水听器的指向性和声压灵敏度曲线，结果表明，该系统测量误差较小。本文链接：下载时间：2011年3月14日