王文龙， 笪良龙， 孙芹东

（1.海军潜艇学院二系 青岛，266199）

（2.海洋科学与技术国家实验室 青岛，266235）

引言

目前，同振式矢量水听器多采用商用剪切型三轴压电加速度计［7-11］。这类加速度计技术成熟、结构紧凑、灵敏度高［12］，最常见的应用场景是安装在建筑或大型设备内进行振动监测。由于该应用对其重量没有限制，因此这些商用加速度计大都具有较厚实的铁制外壳。此外壳既承担基座的功能，又起到屏蔽和保护的作用，这也导致了此类加速度计一般质量较大。对于矢量水听器来说，体积和质量对其性能影响重大。体积越大，则高频上限越低；平均密度越大，则灵敏度越低。因此，商用加速度计在矢量水听器上应用时，质量较大是其主要缺点，会限制矢量水听器相关指标的提升。

对于金属壳体耐压矢量水听器，其本身就有一个金属外壳，可以对加速度计起到保护和屏蔽的作用。笔者设计一种没有外壳的剪切式加速度敏感结构，并与安装支架合并，以达到减轻重量、提高矢量水听器性能的目的。

1 厚度剪切压电效应工作原理

1.1 灵敏度理论分析

该加速度敏感结构所用的厚度剪切压电片如图1所示。其厚度为t，2个面积最大的表面为电极面，电极面的长度为l，宽度为w。电极面垂直于x轴，压电片的极化方向沿z轴方向。压电片所用材料为PZT-5A压电陶瓷。当加速度敏感结构在低频段内使用时（即工作频率远低于压电片的谐振频率），压电片处在弹性控制情况下，此时可近似用弹性静力学方法分析。……