通過聲波檢測水下目標(biāo)時(shí),傳統(tǒng)的標(biāo)量聲壓傳感器只能獲得聲場中的標(biāo)量參數(shù)“聲壓”,而聲矢量傳感器可以測量到聲場中的矢量參數(shù)“質(zhì)點(diǎn)振速”。相比聲壓傳感器,單個(gè)聲矢量傳感器即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)方向的檢測,并具有抑制各向同性噪聲、組成陣列時(shí)體積更小等優(yōu)勢。近些年,隨著水面艦船和潛艇等的靜音化程度越來越高,以及測量平臺（如自主式水下航行器、聲納浮標(biāo)、拖曳線陣等）的小型化、多樣化發(fā)展趨勢,對水中聲矢量傳感器提出了測量微弱聲信號、適配小體積測量平臺和改善配套懸掛系統(tǒng)安全性的需求。本文通過對水中聲矢量傳感器的內(nèi)置加速度傳感單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能研究,達(dá)到了提高聲矢量傳感器靈敏度、減小體積的目的;并設(shè)計(jì)了一體式懸掛系統(tǒng),該系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的離散式懸掛系統(tǒng)安全性更高。論文的主要研究內(nèi)容與成果:1.聲矢量傳感器提高靈敏度的研究。通過懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的靈敏度研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高傳感單元的靈敏度,由于聲矢量傳感器的靈敏度和其內(nèi)置加速度傳感單元的靈敏度成正比,從而提高聲矢量傳感器的靈敏度。建立了懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的數(shù)學(xué)模型（用歐拉-伯努利梁的彎曲公式結(jié)合壓電方程、機(jī)電類比和有限元仿真三種方法）,研究了幾何... 

【文章頁數(shù)】：217 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 水中聲矢量傳感器的類型和特性
        1.2.1 水中聲矢量傳感器的類型
        1.2.2 不同類型聲矢量傳感器的特性
    1.3 水中聲矢量傳感器的發(fā)展
        1.3.1 國外水中聲矢量傳感器的發(fā)展概況
        1.3.2 國內(nèi)水中聲矢量傳感器的發(fā)展概況
        1.3.3 水中聲矢量傳感器發(fā)展現(xiàn)狀分析
    1.4 本文研究對象、內(nèi)容和思路
        1.4.1 研究對象
        1.4.2 研究內(nèi)容
        1.4.3 研究思路
    1.5 論文結(jié)構(gòu)
第二章 懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的靈敏度研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.1 引言
    2.2 懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元數(shù)學(xué)模型的建立
        2.2.1 懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的工作原理
        2.2.2 基于歐拉-伯努利梁和壓電方程的模型
        2.2.3 機(jī)電類比模型
        2.2.4 有限元模型
    2.3 懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的性能分析
        2.3.1 各參數(shù)對單軸懸臂梁加速度傳感單元性能的影響
        2.3.2 固定端剛度對加速度傳感單元性能指標(biāo)的影響
        2.3.3 組合式懸臂梁三維壓電加速度傳感單元質(zhì)心位置的分析
    2.4 端質(zhì)量對加速度傳感單元和水中聲矢量傳感器性能影響的分析
        2.4.1 端質(zhì)量對單軸懸臂梁加速度傳感單元性能影響的解析分析
        2.4.2 端質(zhì)量對單軸懸臂梁加速度傳感單元性能影響的有限元分析
        2.4.3 端質(zhì)量對三維加速度傳感單元和聲矢量傳感器性能影響分析
    2.5 懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的樣品制作和性能測試
        2.5.1 懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元樣品的制作
        2.5.2 懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元主要性能指標(biāo)的測試
    2.6 本章小結(jié)
第三章 圓盤結(jié)構(gòu)一體式三維壓電加速度傳感單元的研究與設(shè)計(jì)
    3.1 引言
    3.2 圓盤結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的測量原理和模型建立
        3.2.1 圓盤結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的測量原理
        3.2.2 圓盤結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元有限元模型
    3.3 對加速度載荷幅值和方向測量的分析
        3.3.1 XY平面和XZ平面內(nèi)加速度矢量的正交分解
        3.3.2 空間內(nèi)任意方向加速度矢量的正交分解
        3.3.3 根據(jù)圓盤加速度傳感單元輸出電壓推算空間內(nèi)加速度矢量
    3.4 圓盤結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元基于有限元的性能分析
        3.4.1 各參數(shù)對圓盤加速度傳感單元性能的影響
        3.4.2 固定端對圓盤加速度傳感單元性能指標(biāo)的影響
        3.4.3 懸臂梁結(jié)構(gòu)和圓盤結(jié)構(gòu)加速度傳感單元的性能對比分析
    3.5 圓盤結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元樣品的制作和性能測試
        3.5.1 圓盤加速度傳感單元樣品的制作
        3.5.2 圓盤加速度傳感單元樣品主要性能指標(biāo)的測試
    3.6 本章小結(jié)
第四章 水中聲矢量傳感器的性能分析和設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 同振式水中聲矢量傳感器基于解析法的性能分析
        4.2.1 同振式聲矢量傳感器的拾振原理
        4.2.2 同振式聲矢量傳感器的典型懸掛系統(tǒng)
        4.2.3 同振式聲矢量傳感器中內(nèi)置的壓電式聲壓傳感單元
    4.3 同振式水中聲矢量傳感器基于有限元法的性能分析
        4.3.1 球形聲矢量傳感器基于有限元的拾振分析
        4.3.2 帶球帽的圓柱形聲矢量傳感器基于有限元的拾振分析
        4.3.3 聲矢量傳感器基于有限元的懸掛系統(tǒng)分析
        4.3.4 聲矢量傳感器內(nèi)置壓電聲壓傳感單元基于有限元的分析
    4.4 同振式水中聲矢量傳感器性能的有限元與實(shí)驗(yàn)綜合分析
        4.4.1 水中聲矢量傳感器樣品的設(shè)計(jì)
        4.4.2 水中聲矢量傳感器樣品的制作
        4.4.3 水中聲矢量傳感器樣品的測試和結(jié)果分析
    4.5 同振式水中聲矢量傳感器的設(shè)計(jì)
        4.5.1 內(nèi)置懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的聲矢量傳感器的設(shè)計(jì)
        4.5.2 內(nèi)置圓盤結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感單元的聲矢量傳感器的設(shè)計(jì)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 具有一體式懸掛系統(tǒng)的水中聲矢量傳感器的分析與設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 具有一體式懸掛系統(tǒng)的水中聲矢量傳感器的原理和結(jié)構(gòu)
        5.2.1 現(xiàn)有水中聲矢量傳感器懸掛系統(tǒng)的工作原理簡析
        5.2.2 具有一體式懸掛系統(tǒng)的水中聲矢量傳感器的測量原理
        5.2.3 具有一體式懸掛系統(tǒng)的水中聲矢量傳感器的基本結(jié)構(gòu)
    5.3 具有一體式懸掛系統(tǒng)的水中聲矢量傳感器的建模和性能分析
        5.3.1 具有一體式懸掛系統(tǒng)的聲矢量傳感器有限元模型的建立
        5.3.2 各參數(shù)對具有一體式懸掛系統(tǒng)的聲矢量傳感器性能的影響
    5.4 具有圓盤結(jié)構(gòu)一體式懸掛系統(tǒng)水中聲矢量傳感器的設(shè)計(jì)
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)和展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[3]1-3型壓電復(fù)合材料矢量水聽器[D]. 王威.哈爾濱工程大學(xué) 2013
[4]基于三迭片式加速度計(jì)的二維矢量水聽器研究[D]. 陶新洲.哈爾濱工程大學(xué) 2010
[5]三維壓電矢量水聽器小型化的研究[D]. 武甜甜.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[6]小型二維矢量水聽器的研制[D]. 陳婕.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[7]基于光纖加速度計(jì)的矢量水聽器研究[D]. 胡曦文.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[8]基于MEMS的矢量水聽器的研究[D]. 孫淑珍.哈爾濱工程大學(xué) 2006



本文編號：3669148