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標(biāo)題: 聲矢量傳感器研究進(jìn)展 [打印本頁(yè)]

作者: 寂靜天花板 時(shí)間: 2016-10-28 22:05
標(biāo)題: 聲矢量傳感器研究進(jìn)展
聲矢量傳感器由傳統(tǒng)的無(wú)指向性聲壓傳感器和偶極子指向性質(zhì)點(diǎn)振速傳感器復(fù)合而成,可以同步共點(diǎn)測(cè)量聲場(chǎng)中一點(diǎn)處的聲壓和質(zhì)點(diǎn)振速若干正交分量,由此得到的幅度和相位信息為解決一些水聲問(wèn)題提供了新的思路,。因其實(shí)際的和潛在的工程應(yīng)用價(jià)值,所以在最近十年間與此相關(guān)的聲矢量傳感器技術(shù)備受水聲界關(guān)注,。本文嘗試綜述聲矢量傳感器技術(shù)近五十年間在物理基礎(chǔ),、傳感器設(shè)計(jì)制作,、相關(guān)工程應(yīng)用等各方面的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和所取得的一些研究進(jìn)展,。
　　
聲矢量傳感器作為一種新型的水聲測(cè)量設(shè)備,不但可以測(cè)量聲場(chǎng)中最常見(jiàn)的標(biāo)量物理量—聲壓,而且還可以直接、同步測(cè)量聲場(chǎng)同一點(diǎn)處流體介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振速矢量在笛卡兒坐標(biāo)系下的x,,,:軸向投影分量,一般多用三分量和二分量的形式,。在結(jié)構(gòu)上它由傳統(tǒng)的無(wú)指向性的聲壓傳感器和偶極子指向性的質(zhì)點(diǎn)振速傳感器復(fù)合而成,質(zhì)點(diǎn)振速傳感器是核心部件,其靈敏度的高低和工作的穩(wěn)定性等制約聲矢量傳感器的設(shè)計(jì),、制作、加工,、裝配,、校準(zhǔn)和使用等諸多環(huán)節(jié)。盡管本文把這種類型的傳感器統(tǒng)一稱為聲矢量傳感器,但國(guó)內(nèi)外對(duì)此有著不同的稱謂,主要的如,俄羅斯將質(zhì)點(diǎn)振速傳感器稱為矢量接收器(vectorer-ceiver),將聲矢量傳感器稱為復(fù)合接收器(conlbinederceiver);美國(guó)等將聲矢量傳感器還稱為聲壓一振速傳感器(presure一veloeitysensororp一Vsensor),還有的稱其為聲強(qiáng)探頭(soundintensityprobe),。聲矢量傳感器技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域可以覆蓋水聲警戒聲吶,、拖曳線列陣聲吶、舷側(cè)陣共形陣聲吶,、水雷聲引信,、魚(yú)雷探測(cè)聲吶、多基地聲吶,、水下潛器的導(dǎo)航定位,、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)等。在空氣聲學(xué)中,聲矢量傳感器可以用于戰(zhàn)場(chǎng)警戒探測(cè)直升機(jī)和隱形飛機(jī),噪聲源識(shí)別和聲強(qiáng),、聲功率測(cè)量等,此外還有電磁矢量傳感器,它的信號(hào)處理形式與水聲的類似,可以互相借鑒,。
　　
聲矢量傳感器技術(shù)是在最近十年間備受水聲界關(guān)注的研究焦點(diǎn)之一。從上一世紀(jì)五十年代中期美國(guó)學(xué)者發(fā)表的有關(guān)使用慣性傳感器直接測(cè)量水中質(zhì)點(diǎn)振速的經(jīng)典論文以來(lái)ll[,到在上一世紀(jì)七八十年代前蘇聯(lián)的學(xué)者利用其研制成功的聲矢量傳感器(復(fù)合水聽(tīng)器)開(kāi)展海洋環(huán)境噪聲研究z[],直至上一世紀(jì)九十年代聲矢量傳感器技術(shù)研究熱潮才逐漸興起,。年俄國(guó)學(xué)者出版了世界上第一部有關(guān)聲矢量傳感器技術(shù)的專著“聲學(xué)矢量一相位方法,較全面地論述了聲矢量傳感器技術(shù)的原理和應(yīng)用,。1991年的美國(guó)聲學(xué)雜志第89卷第3期和第90卷第2期連著刊出美俄兩國(guó)學(xué)者三篇有關(guān)聲矢量傳感器研究方面的論文,這種情況以前未曾有過(guò),。該技術(shù)所蘊(yùn)含的潛在軍事應(yīng)用前景促使美國(guó)海軍研究局(ONR)于1995年資助美國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)舉行聲矢量傳感器專題研討會(huì),并出版了題為“聲質(zhì)點(diǎn)振速傳感器:設(shè)計(jì)、性能和應(yīng)用”的論文集,它基本反映了當(dāng)前美國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài),但迄今為止,它仍是該領(lǐng)域研究的最有價(jià)值的參考資料之一,也非常有力地推動(dòng)了該領(lǐng)域的研究,。1997年俄國(guó)學(xué)者出版的專著“復(fù)合水聲接收器”s1自成體系,專門(mén)論述聲矢量傳感器的設(shè)計(jì),、制作和校準(zhǔn)等。2001年美國(guó)海軍水下戰(zhàn)中心(NUWC)舉辦了關(guān)于指向性聲傳感器的研討會(huì),首次邀請(qǐng)俄國(guó)學(xué)者參加,。2002年IEEE的OCEANS設(shè)立了“聲質(zhì)點(diǎn)振速傳感器”專題網(wǎng),內(nèi)容涉及低頻,、高頻聲矢量傳感器的設(shè)計(jì)、制作和實(shí)驗(yàn),聲壓和聲質(zhì)點(diǎn)振速的聯(lián)合信息在匹配場(chǎng)處理中的性能等,這些都反映了最新的研究情況,。2003年出版的“海洋矢量聲學(xué)”,發(fā)展了海洋環(huán)境噪聲的聲壓標(biāo)量場(chǎng)特性的研究,提出了基于聲矢量傳感器的海上實(shí)驗(yàn),、數(shù)據(jù)處理以及理論分析等一整套方法。盡管在美國(guó)最早出現(xiàn)了基于慣性傳感器的現(xiàn)代聲矢量傳感器設(shè)計(jì)思想和制作樣品的雛形,但在Rzhevikn和Zakharov的積極倡議和推動(dòng)下俄國(guó)在聲矢量傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)煞矫嬉叩酶h(yuǎn)些,而且還被評(píng)為俄羅斯二十世紀(jì)十大水聲技術(shù)之一,。
質(zhì)點(diǎn)振速傳感器是聲矢量傳感器的核心部件,因此,矢量傳感器的分類主要是指質(zhì)點(diǎn)振速傳感器的分類,它原則上分為聲壓梯度式和慣性式兩種類型.慣性式是指將慣性傳感器,如加速度計(jì)等對(duì)振動(dòng)敏感的傳感器安裝在剛性的球體,、圓柱體或橢球體等幾何體中,當(dāng)有聲波作用時(shí),剛性體會(huì)隨流體介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)同步振動(dòng),其內(nèi)部的振動(dòng)傳感器拾取相應(yīng)的聲質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)信息,因此亦稱為同振式。聲壓梯度式多是利用空間兩點(diǎn)處聲壓的有限差分的原理來(lái)近似得到聲壓梯度,這可以通過(guò)反相串并聯(lián)的線路連接在傳感器內(nèi)部實(shí)現(xiàn),而聲壓梯度與介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的加速度之間的關(guān)系由Euler公式確定,通過(guò)計(jì)算間接得到介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)信息,。慣性式聲矢量傳感器是對(duì)簡(jiǎn)諧聲場(chǎng)中介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)真正意義上的直接測(cè)量.由于這兩類聲矢量傳感器的工作機(jī)理的差異,則相應(yīng)的性能參數(shù)也明顯地不同,。一般情況下都習(xí)慣將慣性式質(zhì)點(diǎn)振速傳感器統(tǒng)稱為質(zhì)點(diǎn)振速傳感器,而無(wú)論測(cè)量的物理量是聲壓梯度、質(zhì)點(diǎn)位移,、質(zhì)點(diǎn)振速,還是質(zhì)點(diǎn)加速度,但有時(shí)根據(jù)需要把質(zhì)點(diǎn)振速傳感器細(xì)分為聲壓梯度式,、質(zhì)點(diǎn)位移式、質(zhì)點(diǎn)振速式和質(zhì)點(diǎn)加速度式,后兩者應(yīng)用更為普遍.根據(jù)所測(cè)量的上述物理量投影分量數(shù)目,質(zhì)點(diǎn)振速傳感器可以分為:單通道,、雙通道和三通道,相應(yīng)地,聲矢量傳感器有二通道,、三通道和四通道。根據(jù)換能器的換能原理,質(zhì)點(diǎn)振速傳感器可以分為:壓電式,、動(dòng)圈式,、電容式、光纖式,、磁致伸縮式等,。目前總體上看,基于電容、磁致伸縮,、光纖換能器的質(zhì)點(diǎn)振速傳感器研究并不普遍,壓電式的質(zhì)點(diǎn)振速傳感器因其性能穩(wěn)定可靠仍占據(jù)著當(dāng)前研究和應(yīng)用的主導(dǎo)地位,。

作者: 面壁深功 時(shí)間: 2016-10-29 06:45
估計(jì)未來(lái)10年海洋開(kāi)發(fā)大有作為

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