基于PZT壓電薄膜的水聲傳感器設(shè)計(jì)及其定向算法研究.pdf

1、水聲傳感器是水下各種接收測(cè)量用傳感器的總稱，是聲吶的重要組成部分?，F(xiàn)階段的水聲傳感器不但要在水下探測(cè)到聲音的存在，也需要感知到聲波傳來的方向，也就是聲源的位置。本文從以上兩個(gè)目標(biāo)入手，進(jìn)行了一系列的工作，對(duì)水聲傳感器進(jìn)行聲源探測(cè)的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)和優(yōu)化，通過本文設(shè)計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu)，陣列以及后處理算法，可以有效的實(shí)現(xiàn)探測(cè)聲波的目的，并運(yùn)用在各種海洋活動(dòng)中。
　　首先，本文對(duì)水聲傳感器及其定位技術(shù)進(jìn)行了敘述，介紹了壓電材料的特性

2、以及機(jī)電耦合系數(shù)。其次，本文使用PZT壓電薄膜作為水聲傳感器的敏感部件，分析了三種不同結(jié)構(gòu)的壓電傳感單元，選擇了其中最優(yōu)的固支邊矩形結(jié)構(gòu)作為本研究傳感器的結(jié)構(gòu)，從靈敏度和-3dB帶寬兩個(gè)方面出發(fā)對(duì)其尺寸進(jìn)行了擇優(yōu)分析，并對(duì)擇優(yōu)后的結(jié)構(gòu)做了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，給出了該結(jié)構(gòu)的有效機(jī)電耦合系數(shù)，驗(yàn)證了擇優(yōu)后的結(jié)構(gòu)性能明顯優(yōu)于未擇優(yōu)前結(jié)構(gòu)，為固支邊矩形壓電傳感單元的研究提供了依據(jù)。再次，本文對(duì)陣列的聲源定位進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，在正四面體陣列的基礎(chǔ)

3、上建立了一種正四面體體心陣列模型，并給出了聲源的方向角和俯仰角關(guān)于陣列偽距的表達(dá)式以及誤差表達(dá)式；對(duì)此陣列給出了算例進(jìn)行分析，算例證明了該陣列誤差較小，性能良好；對(duì)任意五元陣進(jìn)行了優(yōu)化分析，給出了最佳陣型需要滿足的方程。最后對(duì)時(shí)延估計(jì)算法進(jìn)行了研究，分無噪聲和有噪聲兩種情況，模擬了使用最小均方（LMS）算法進(jìn)行時(shí)延估計(jì)的過程，并就高信噪比和低信噪比情況進(jìn)行了比較。本文還對(duì)LMS算法做了改進(jìn)，從變步長方面進(jìn)行考慮，給出了一種新的改進(jìn)變步長