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圖?8b?是一種可固定安裝的同振柱型矢量水聽器,其基本原理沒有改變,結構上用安裝桿代替了懸掛框架,將懸掛彈簧改成橡膠彈簧。這種結構應用場景可拓展到平臺載體上固定安裝。
隨著微機電加工技術(MEMS)的發展,MEMS?技術已應用于矢量水聽器設計研制當中,MEMS技術可以將敏感單元、控制電路、低噪聲匹配電路、采樣預處理模塊等微電子元件集成為一體,將聲信號轉換為電信號。一種典型工作模式是以微加速度傳感器作為敏感元件(圖?8c),利用單晶硅的壓阻效應原理設計敏感芯片,研制了3?維同振柱型復合?MEMS?矢量水聽器。另一種工作模式是基于仿生學原理,仿效魚的側線機械傳感細胞感知水運動的原理,設計了?MEMS?壓阻式矢量水聽器(圖?8d)。
光纖水聽器是光纖傳感技術在水聲領域的成功應用之一,顯示出高靈敏度、低噪聲、大動態范圍、抗干擾等技術特點,近年來在矢量水聽器方面也得到拓展應用,研究人員設計研制出了光纖矢量水聽器。圖?8e?是一種?3?維柱型光纖矢量水聽器,基于?Bragg?光柵設計了加速度傳感單元和聲壓傳感單元,研制出聲壓-振速矢量水聽器。圖8f?是一種?3?維球型光纖矢量水聽器,基于全保偏光纖干涉系統,研制出?3?維正交芯軸式干涉型光纖矢量水聽器,結構緊湊且聲中心重合于一點。
淺議我國水聲換能器的發展現狀與技術差距
本文第?1?節介紹了我國在低頻換能器、高頻寬帶換能器、深水換能器以及矢量水聽器等方面的研究進展,搜集的資料雖未能詳盡,但也具有相當的典型性和代表性,基本上描繪出了我國水聲換能器發展的前沿輪廓。與國際上不同時期換能器方面的標志性創新工作相比,我國相當一部分的創新設計工作要晚于國際前沿技術水平幾年甚至十幾年。
上文已經提到,我國水聲換能器發展的最大動力來自水聲技術領域的應用需求。在我國經濟實力和科技力量相對薄弱的時期,這種發展方式是最具實效性的,但經歷很長時期后就會有明顯的歷史痕跡,造成學科布局不系統、產品系列不完整、理論基礎不扎實、專門工藝不完善、配套專業支撐不持續、人才隊伍不穩定的局面。
例如,在深水換能器技術方面,一些海洋大國在?20?世紀就已經有很多成熟技術和系列產品,某些民用深海聲學設備還可以出口到我國,但我國直至?20?世紀末深海聲吶技術需求仍然不強,導致深水換能器技術在當時幾乎處于空白狀態。近些年國家加大了投入力度,重視基礎理論與基礎核心器件的研究工作,水聲換能器領域研究新成就不斷涌現、技術能力逐年提升、技術進步顯著。前文所列研究工作中就有一些研究成果與國際前沿水平相同步,但整體同步、全面并行的發展勢頭還遠未形成,尤其是歷史上短缺和發展薄弱的換能器技術方向,新技術成果也僅是鳳毛麟角、產品性能仍然很弱。