發(fā)布時間：2018-08-07 17:33

【摘要】：矢量水聽器作為一種新型水聲換能器,可以提供水下聲場質(zhì)點振速信息,具有常規(guī)水聽器無法比擬的優(yōu)勢。因此能夠使研究人員更加全面的了解聲場,促進對水下聲學(xué)物理特性的研究。尤其優(yōu)越的低頻余弦型指向性,可以使其在小孔徑下獲得較高的增益。矢量水聽器按照工作原理主要分為兩大類:一種為慣性傳感器,即通常的同振柱型與球型矢量水聽器。作為慣性式傳感器,結(jié)構(gòu)上主要由懸掛系統(tǒng)與傳感器本身組成。在應(yīng)用上作為一整體,性能指標(biāo)由懸掛系統(tǒng)與傳感器本身共同確定。一種為非慣性傳感器,主要包括壓差式矢量水聽器和多模水聽器(從傳感器方式上多模水聽器本身就是一種壓差式矢量水聽器)。作為非慣性式傳感器,結(jié)構(gòu)上不需要懸掛系統(tǒng)。性能指標(biāo)由傳感器本身確定。針對同振型矢量水聽器多采用金屬彈簧或橡膠繩后期點對點懸掛,且重復(fù)懸掛會帶來水聽器性能指標(biāo)不穩(wěn)定的問題,本文提出一種可剛性固定的同振柱型矢量水聽器。其思想為將懸掛系統(tǒng)與同振柱型矢量水聽器融為一體,結(jié)構(gòu)上采用圓環(huán)型橡膠彈簧與同振柱型矢量水聽器面對面接觸方式;在運動方式上利用圓環(huán)型橡膠彈簧剪切運動使水聽器與水下聲波達到同振的效果。本文首先針對同振柱型矢量水聽器接收理論通常不考慮懸掛系統(tǒng)對性能指標(biāo)影響的問題,利用等效電路法將聲學(xué)理論與振動系統(tǒng)同時融合在等效電路中。通過建立帶有懸掛系統(tǒng)的同振柱型矢量水聽器等效電路,推導(dǎo)出水聽器在水中的靈敏度表達式。仿真分析水聽器密度,內(nèi)部敏感元件,懸掛系統(tǒng)對水聽器工作特性的影響。再利用有限元方法(基于ANSYS軟件)對圓環(huán)型橡膠彈簧的水平剪切剛度影響因素進行研究。利用2參數(shù)Mooney-Rivlen模型分析圓環(huán)橡膠彈簧材料參數(shù),尺寸參數(shù)對剪切剛度的影響,并計算在有預(yù)應(yīng)壓力的條件下不同壓力值對剪切剛度的影響。在此基礎(chǔ)上,研制出兩種內(nèi)置不同敏感元件的矢量水聽器樣品。內(nèi)置壓電加速度計的同振柱型矢量水聽器,其工作頻段為500Hz-2500Hz,靈敏度不小于-190dB(@1kHz);內(nèi)置動圈速度計同振柱型矢量器,其工作頻段為500Hz-1600Hz,靈敏度為-190dB。同振型矢量水聽器的彈性懸掛系統(tǒng)通常僅作為振動系統(tǒng)的一部分,并不直接與聲波作用。本文研究了一種具有彈性包裹體的同振球型矢量水聽器。聲波通過彈性包裹體作用到內(nèi)部球型矢量水聽器使之運動,進而拾取聲質(zhì)點振速信號。文中介紹了該型矢量水聽器物理模型的建立過程,通過理論與仿真分析,確定了相關(guān)參數(shù)對水聽器性能的影響規(guī)律。最后研制出水聽器樣品,并在新安江進行湖上測試。其工作頻段為63Hz-1600Hz,靈敏度為-183dB(@1kH)。針對壓差式矢量水聽器通常只適合高頻段工作且?guī)�寬較窄的問題,本文提出一種新型夾心結(jié)構(gòu)壓差式矢量水聽器。利用棒的彎曲振動模態(tài)使之可在較低頻率下工作。本文研究了如何利用ANSYS軟件分析計算壓差式矢量水聽器水下電聲特性。首先利用ANSYS有限元軟件對夾心結(jié)構(gòu)壓差式矢量水聽器模型進行空氣中模態(tài)分析,研究材料參數(shù)對水聽器最低階振動模態(tài)的影響。其次,對水聽器進行水中諧響應(yīng)分析,運用互易原理對其靈敏度進行仿真計算。通過聲場分析,得出其指向性特性。最后,研究了新型夾心結(jié)構(gòu)壓差式矢量水聽器裝配制作工藝,并制作了出夾心結(jié)構(gòu)壓差式矢量水聽器樣品。在消聲水池中進行了電聲性能測試,測試結(jié)果表明其與理論結(jié)果基本一致。
[Abstract]:The vector hydrophone, as a new type of underwater acoustic transducer, can provide the velocity information of the underwater acoustic field, which has the advantage unparalleled by the conventional hydrophone. Therefore, it can make the researchers understand the sound field more comprehensively and promote the study of underwater acoustic physical characteristics. Especially, the superior low frequency cosine directivity can make it in the small aperture. The vector hydrophone is divided into two main categories in accordance with the working principle: one is the inertial sensor, that is, the usual same vibrating column and the spherical vector hydrophone. As an inertial sensor, the structure is mainly composed of the suspension system and the sensor itself. A non inertia sensor, including a pressure differential vector hydrophone and a multimode hydrophone (a pressure differential vector hydrophone from the sensor mode itself). As a non inertial sensor, the suspension system is not needed. The index of sexual energy is determined by the sensor itself. In this paper, a rigid fixed column type vector hydrophone is proposed in this paper. The idea is to integrate the suspension system with the same vibrating column vector water hearing device and adopt a circular ring type rubber projectile in the structure. The surface contact mode between the spring and the same vibrating column type vector hydrophone; using the circular ring type rubber spring shear movement to make the underwater acoustic wave achieve the same vibration in the mode of motion. Firstly, the theory of receiving the same vibrating column type vector hydrophone usually does not consider the effect of the suspension system on the index of the sex energy, and the equivalent circuit method is used. The acoustic theory and the vibration system are fused simultaneously in the equivalent circuit. By establishing the equivalent circuit of a vectorial hydrophone with a suspension system, the sensitivity expression of the hydrophone in the water is derived. The influence of the hydrophone density, the internal sensitive element, the suspension system on the working characteristics of the water Lister is simulated and analyzed. The method (based on ANSYS software) is used to study the factors affecting the horizontal shear stiffness of the ring type rubber spring. Using the 2 parameter Mooney-Rivlen model, the effect of the material parameters and the size parameters on the shear stiffness is analyzed, and the influence of the different pressure values on the shear stiffness under the prestress conditions is calculated. Two kinds of vector hydrophone samples with different sensitive elements are built. The same vibration column vector hydrophone with a piezoelectric accelerometer is 500Hz-2500Hz with a sensitivity of no less than -190dB (@1kHz), and a built-in moving coil speed meter with a vibrating column vectorer, its working frequency is 500Hz-1600Hz, and the sensitivity is a -190dB. same mode vector hydrophone. The sexual suspension system is usually only a part of the vibration system and does not directly affect the sound wave. In this paper, a kind of vector hydrophone with the same vibrational sphere with elastic inclusions is studied. The sound waves are moved by the elastic inclusions to the internal spherical vector hydrophone, and then the velocity signal of the sound mass point is picked up. The vector water hearing is introduced in this paper. The establishment process of the physical model, through the theoretical and simulation analysis, determines the influence of the related parameters on the performance of the hydrophone. Finally, the water Lister sample is developed and the lake is tested on the lake. The working frequency is 63Hz-1600Hz and the sensitivity is -183dB (@1kH). The pressure differential vector hydrophone is usually only suitable for high frequency section. A new type of sandwich structure pressure differential vector hydrophone is proposed in this paper. This paper uses the bending vibration mode of the rod to work at a lower frequency. This paper studies how to use the ANSYS software to analyze the underwater acoustic characteristics of the pressure differential vector hydrophone. First, the pressure difference vector of the sandwich structure is used by the ANSYS finite element software. The modal analysis of the hydrophone is carried out in the air, and the influence of material parameters on the minimum vibration mode of the hydrophone is studied. Secondly, the water harmonic response is analyzed in water and the sensitivity of the hydrophone is simulated by the reciprocity principle. Through the sound field analysis, the directivity of the hydrophone is obtained. Finally, the pressure difference vector of the new sandwich structure is studied. The hydrophone is assembled and fabricated, and the sandwich structure pressure differential vector hydrophone sample is produced. The electroacoustic performance test is carried out in a silencer. The test results show that it is basically consistent with the theoretical results.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB565.1

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本文編號：2170813