三维压电矢量水听器小型化的研究

摘要

诸如声纳浮标和拖曳阵等很多应用领域都要求矢量水听器具有更小尺寸以提高系统的性能，因此对于矢量水听器的小型化研究是十分必要的。三维压电式矢量水听器是一种典型的矢量水听器，因为其性能优越被广泛应用在水声工程的各领域中，本文对其进行小型化研究。 本文对于三维压电同振型矢量水听器的小型化的研究从内部振子的小型化入手。所设计的用作矢量水听器内部振子的压电三维加速度传感器采用了共用质量块结构，体积明显减小，且具有较高的对称性。通过对压电加速度传感器理论的分析以及Ansys的仿真确定了三维压电加速度传感器的尺寸，设计结果在兼顾矢量水听器的性能要求的同时实现了小型化。根据设计加工制作了工作频带为20～1000Hz的一体化三维压电加速度传感器，并利用B&K3629全自动振动测试系统完成性能测试。测试结果表明此三维压电加速度传感器的平均电荷灵敏度可达到11450pC/g。 本文利用所设计的传感器制作了一个复合了声压通道的三维压电式矢量水听器，并在驻波管中对其性能进行了测试。该水听器直径为130mm，矢量通道的平均灵敏度达到-179dB(0dB=1V/μPa，1000Hz)，声压通道灵敏度为-203dB，在工作频带内，8字型指向性对称性好，矢量通道灵敏度曲线在工作频带内基本符合每倍频程6dB的增长，性能稳定，与具有相似性能参数的压电矢量水听器相比体积明显减小。由测试结果可知本文最终实现了对三维压电式矢量水听器的小型化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.2矢量水听器综述

1.2.1矢量水听器发展及研究现状

1.2.2矢量水听器的工程应用

1.2.3矢量水听器的分类

1.3三维压电传感器

1.3.1三维加速度传感器的现状及研究成果

1.4课题相关问题

1.4.1课题的背景意义

1.4.2三维压电矢量水听器的研究动态

1.5本论文的主要内容

第2章 三维压电式矢量水听器

2.1同振式矢量水听器力学模型分析

2.2压电加速度传感器

2.2.1压电传感器的理论基础

2.2.2压电式加速度传感器工作原理

2.2.3压电加速度传感器的性能指标

2.3同振球型矢量水听器

2.3.1同振球型矢量水听器的工作原理

2.3.2表征矢量水听器的性能参数

2.4本章小结

第3章 三维压电矢量水听器的小型化设计

3.1三维同振球型矢量水听器的设计

3.1.1球体的结构尺寸设计

3.1.2矢量通道的设计

3.1.3声压通道

3.2三维压电加速度传感器的小型化设计

3.2.1加速度传感器设计要点

3.2.2一体化加速度传感器的理论分析

3.3 Ansys仿真分析

3.3.1一维仿真分析

3.3.2三维仿真分析

3.3.3外壳结构仿真分析

3.3.4带外壳结构仿真分析

3.4三维加速度传感器的制作

3.5本章小结

第4章 矢量水听器制作及性能测试

4.1三维压电加速度传感器的性能测试

4.1.1测试系统

4.1.2测试结果

4.2声压水听器制作

4.3矢量水听器的制作

4.4矢量水听器的测试

4.4.1矢量水听器的指向性测量

4.4.2矢量水听器的灵敏度测量

4.5本章小结

结论

参考文献

致谢