一种同振式水介质质点振速传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种水介质质点振速测量传感器，所属水下声学传感器领域。主要包括：动圈换能器、刚性质量块、复合材料包覆层、悬挂支架、柔性悬挂弹簧和连接电缆等。通过采用动圈换能器和刚性质量块组成的振速单元，能够获得平坦的接收频率响应，从而在较宽的频带范围内进行水介质振速的测量；通过调节复合材料的配比使传感器达到零浮力、从而能够在水介质中自由地悬浮，而使用柔性悬挂弹簧保证了传感器与周围水介质进行同相振动，实现对水介质质点振速的准确检测。整个传感器具有结构简单、灵敏度高、空间指向性规范等特点，便于制作和实际使用。
【专利说明】
一种同振式水介质质点振速传感器
技术领域
[0001]本专利涉及一种水介质质点振速测量传感器，主要用于声波作用下水介质质点振速的检测，属于水声传感器领域。
【背景技术】
[0002]在水下声学测量中，质点振速一般由声压或者声压梯度推导而来。而最常用的测量方法是采用压力梯度传感器或声压水听器。
[0003]声压梯度与作用力成正比，因此，由牛顿定律可以得到压力梯度传感器的输出与质点加速度成正比。但是，压力梯度传感器的频率响应并不是平坦的，输出相位与固有的速度相位相差90°，必须对测量结果进行修正。其它测量质点振速的方法还包括双水听器法，该技术给出的是声压梯度的有限差分。由于该技术依赖两个水听器所产生的信号之差，因此，测量所获得的信号噪声较大。而如果两个测量水听器的灵敏度不一致，测量结果的准确性会直接受到影响；同时，该测量方法的动态范围也十分有限。
[0004]针对质点振速测量的实际需求，需要研制专门的传感器，能直接对质点振速进行测量。该水听器的输出应该与质点振速成正比；在测量频带内灵敏度与频率无关，其次传感器的尺寸应该足够小，以减少对声场的干扰；同时，水听器应该具有良好的抗电磁干扰能力。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服压力梯度传感器或双水听器法测量质点振速时的缺点，研制出能直接测量质点振速的传感器，以准确获得水介质质点振速。
[0006]本发明的振速传感器在结构上主要由动圈换能器、刚性质量块、复合材料包覆、柔性连接弹簧、悬挂支架和连接电缆构成。为了实现对水介质质点振速的准确检测，传感器采用零浮力设计并使用柔性悬挂方式和悬挂支架之间采用柔性固定。如图1所示。振速传感器的主体由动圈换能器、刚性质量块和复合材料包覆层两部分，振速传感器外形为圆柱形；悬挂支架由工程塑料材料制备而成，以减少声波散射对传感器接收性能的影响。传感器和支架组件之间采用柔性链接。
[0007]所述的动圈换能器，在其响应频带内具有较高的加速度灵敏度和响应平坦等特性。复合材料包覆层由环氧和玻璃微珠混合配置后固化而成，密度约为0.5g/cm3。悬挂机构采用苯乙烯材料构造而成。
【附图说明】
[0008]图1 一种同振式水介质质点振速传感器结构示意图
[0009]其中:(1)动圈换能器，(2)刚性质量块，(3)复合材料包覆层，⑷悬挂支架，(5)柔性悬挂弹簧，(6)连接电缆。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图1说明本发明的【具体实施方式】。
[0011]本发明采用的惯性动圈换能器，基频10Hz，Q值为0.7，长度为2.54cm，直径为
2.22cm，体积9.85cm3，总质量43.6g。本发明采用慢性固化环氧和玻璃微珠制作混合填充料，环氧和玻璃微珠的体积比为1: 4 ;本发明采用苯乙烯材料构造悬挂支架，苯乙烯条长度35cm，宽度6cm，厚度0.5cm，采用不锈钢弹簧来柔性链接传感器和悬挂支架。
[0012]动圈换能器上限工作频率为12.5kHz，通过使用复合包覆材料，传感器的平均密度与水相同，可静止悬浮在水中，振速传感器的阻抗与悬挂支架的阻抗比值大于10 ;振速传感器通过悬挂支架来实现水中的固定，振速传感器具有垂直方向上的一维特性，可以直接得到垂直方向上的真实质点振速；悬挂支架安装后既牢固可靠还可以隔绝外部构件振动对振速水听器的影响；悬挂支架具有极轻的质量，其投影面积小于振速水听器横截面积的
0.25，悬挂支架的拖曳力小于振速水听器的惯性力的2%，避免了拖曳力对振速水听器的影响。
【主权项】
1.一种水介质质点振速测量传感器，主要包括:动圈换能器(I)，刚性质量块(2)，复合材料包覆层(3)，悬挂支架(4)，柔性悬挂弹簧(5)和连接电缆(6)。2.如权利要求1所述的振速测量装置，其特征在于:振速水听器由动圈换能器、刚性质量块和复合材料包覆层组成的部分的平均密度与水介质相同，可静止悬浮在水中。3.如权利要求1所述的振速测量装置，其特征在于:振速水听器通过柔性悬挂弹簧来实现水中的固定，传感器可以直接得到垂直方向上的真实质点振速。4.如权利要求1所述的振速测量装置，其特征在于:悬挂支架具有极轻的质量，悬挂支架的拖曳力小于振速水听器的惯性力的2%。，避免了拖曳力对振速水听器的影响。
【文档编号】G01H3/00GK105987750SQ201510064354
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月9日
【发明人】王月兵
【申请人】常熟海量声学设备科技有限公司