基于PZT壓電薄膜的水聲傳感器設計及其定向算法研究.pdf

1、水聲傳感器是水下各種接收測量用傳感器的總稱，是聲吶的重要組成部分?，F階段的水聲傳感器不但要在水下探測到聲音的存在，也需要感知到聲波傳來的方向，也就是聲源的位置。本文從以上兩個目標入手，進行了一系列的工作，對水聲傳感器進行聲源探測的整個系統(tǒng)進行了分析，設計和優(yōu)化，通過本文設計的傳感器結構，陣列以及后處理算法，可以有效的實現探測聲波的目的，并運用在各種海洋活動中。
　　首先，本文對水聲傳感器及其定位技術進行了敘述，介紹了壓電材料的特性

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

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于陣列偽距的表達式以及誤差表達式；對此陣列給出了算例進行分析，算例證明了該陣列誤差較小，性能良好；對任意五元陣進行了優(yōu)化分析，給出了最佳陣型需要滿足的方程。最后對時延估計算法進行了研究，分無噪聲和有噪聲兩種情況，模擬了使用最小均方（LMS）算法進行時延估計的過程，并就高信噪比和低信噪比情況進行了比較。本文還對LMS算法做了改進，從變步長方面進行考慮，給出了一種新的改進變步長