具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

相关技术中的水听器存在对低频水声信号检测灵敏度低、功耗高、低频性能差、安装不易等问题。

电化学传感器是一种具有低频性能好、安装倾角大、动态范围大、制作成本低等优点的敏感传感器，它利用电化学的敏感机理，实现低频信号的检测。利用电化学传感器的低频性设计电化学矢量水听器，可以满足水听器对低频水声信号的检测。

因此，本发明提供一种敏感器件，包括：敏感电极、电解液、第一壳体；上述第一壳体内部设置至少两条相互垂直且不连通的流道，上述流道内设置有上述电解液，上述电解液能够随水声信号产生振动；上述电解液，用于发生电化学反应形成电流；上述敏感电极，设置在上述流道两端，用于输出每一条上述流道内的上述电流，以及通过连接外部差分电路，输出差分电流，用于检测上述水声信号。

图1是本发明的电化学矢量水听器的敏感器件核心剖视图。

如图1所示，敏感器件100包括敏感电极101，橡胶膜102、电解液103和第一壳体104，其中，第一壳体104的内部设置至少两条相互垂直且不连通的流道，分别为：第一流道105、第二流道106，每条流道内填充有电解液103，每条流道两侧设置有一对敏感电极101，每对敏感电极101与第一壳体104之间设置有橡胶膜102，用于密封电解液103。

本发明的实施例中，上述敏感器件，通过设置相互垂直且不连通的两条以上的流道，流道内设置电解液，电解液在电极之间发生电化学反应产生电流，在敏感器件不振动的情况下，每条流道内输出的电流相同，则差分电流无输出，在敏感器件振动的情况下，每条流道内输出的电流不同，输出差分电流，则将水下的水声信号转换为电信号，可以用于检测低频水声信号。

根据本发明的实施例，上述电解液包括以下至少之一：碘-碘化物混合溶液、溴-溴化物混合溶液、铁氰化物-亚铁氰化物混合溶液。

根据本发明的实施例，上述敏感电极包括阴极和阳极，上述敏感电极靠近上述流道的终端一侧为阴极，上述敏感电极远离上述流道的终端一侧为阳极。

如图1所示，敏感电极101包括阴极107和阳极108，敏感电极101设置在每条流道的两端，在第二流道106中填充有电解液103，靠近第二流道106的终端的一侧为阴极107，远离第二流道106的终端的一侧为阳极108。第一流道105两端的敏感电极也采用同样的方法设置，在此不再赘述。

本发明的实施例中，敏感电极在流道中按照阳极-阴极-阴极-阳极的顺序排布，这种排布方式，在电解液稳定时差分输出为零，不稳定时离子对称分布格局被打破，差分后输出不为零。敏感电极是一种低频性能好、安装倾角大、动态范围大、制作成本低的电化学传感器。

根据本发明的实施例，以碘-碘化物混合溶液作为敏感器件中的电解液为例，敏感器件中的电解液包含有的和I^-，在阴极、阳极之间外加电压之后，阳极失去电子发生还原反应，阴极得到电子发生氧化反应，反应式如下所示：

阴极发生氧化反应的反应式：

阳极发生还原反应的反应式：

在外加电压不变的情况下，电解液内部阴阳离子在阴极、阳极的分布趋于稳定，此时，每条流道输出的电流相同，则差分电流为零，即无输出。当电解液发生振动时，在阴极、阳极处分布的阴阳离子发生变化，导致每条流道输出的电流不同，则差分电流输出不为零，即有输出，通过检测差分电流，即可检测到水声信号。

本发明的实施例中，电解液随水声信号而震动，电解液的振动所产生的电解质的离子浓度的变化在同一流道两端的两块敏感电极之间会发生，但是两者变化相反，即一端阴极碘三根离子浓度增加时，同流道另一端阴极碘三根浓度会减小，一增一减差分后输出较大，从而确保对低频信号的检测精度。

根据本发明的实施例，上述阴极与上述阳极之间的电压包括0.3～0.5V。

根据本发明的实施例，在阴极与阳极之间外加0.3～0.5V的电压，例如，外加电压可以为0.3V、0.4V、0.5V，作为启动电解液中阴阳离子运动的初始电压。

本发明的实施例中，上述电压为外加电压，通过外接电路引入，电压在0.3～0.5V的范围内，目的在于促进电解液中的阴阳离子在阴极、阳极附近定向分布，从而促进电解液中的离子稳定的分布。

根据本发明的实施例，上述敏感电极包括表面沉积有金属箔的硅片。

根据本发明的实施例，敏感电极包括但不限于金属箔的硅片，其他可以稳定存在于碘-碘化物混合溶液、溴-溴化物混合溶液、铁氰化物-亚铁氰化物混合溶液等可逆的氧化还原体系中的金属电极均适用。

本发明的实施例中，电极仅用于输出电流，电极本身不参与电化学反应。

根据本发明的实施例，上述第一壳体与上述敏感电极之间设置弹性密封膜。

本发明的实施例中，第一壳体与上述敏感电极之间的弹性密封膜，可以为橡胶膜。

如图1所示，敏感电极101与第一壳体104之间安装有橡胶膜102。

本发明的实施例中，第一壳体104与敏感电极101之间设置有橡胶膜102，用于密封电解液103，防止电解质溶液的泄漏，第一壳体104用于固定橡胶膜102和敏感电极101，同时具有将电解液103隔离并采用精密机械加工保证流道之间的正交性，减少不同流道之间的串扰，因为如果两个流道不正交的话一个方向的振动信号会有一个分量影响其他通道。

根据本发明的实施例，上述电化学反应包括可逆的氧化还原反应。

本发明的实施例中，氧化还原反应的总方程式为：

可见阴极和阳极之间和I^-是可逆循环分布的。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种电化学矢量水听器，包括：第二壳体、第三壳体、上述实施例的任意一项上述的敏感器件。

本发明的实施例中，电化学矢量水听器结构包括敏感器件、第二壳体和第三壳体，第三壳体为中空球壳结构，可带动敏感器件随外界振动而振动。

图2是本发明电化学矢量水听器结构与装配示意图。

如图2所示，电化学矢量水听器包括敏感器件100，第二壳体200和第三壳体300，其中，敏感器件100通过在第一壳体104的内部设置有至少两条流道，流道中填充有电解液103，电解液103的两端安装有敏感电极101，敏感电极101靠近第二流道106的终端的一侧为阴极107，远离第二流道106的终端的一侧为阳极108，敏感电极101和第一壳体104之间安装有橡胶膜102，用于密封解液103，第一壳体104构成了敏感器件100。

将敏感器件100安装到第二壳体200上，再将第二壳体200安装到第三壳体300上，完成电化学矢量水听器的组装。

根据本发明的实施例，上述第三壳体与上述敏感器件之间设置防水密封材料。

本发明的实施例中，通过第二壳体200的隔绝，在第三壳体300与敏感器件100之间填充有防水密封材料。

第三壳体300为中空球壳结构，可带动敏感器件100随外界振动而振动。水密封材料能够调节电化学矢量水听器的整体密度，达到同振效果。第二壳体200具有隔绝敏感器件100和第三球壳300之间注入的防水密封材料的作用，进而消除敏感器件100直接接触水密材料导致的器件性能降低。

根据本发明的实施例，上述防水密封材料包括煤油。

根据本发明的实施例，防水密封材料是能够调节密度的液体，一般是有机材料，煤油具有密度小于水，密封性好的优点，通常用于防水密封材料，密封效果好。

下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

图3是本发明电化学矢量水听器的检测原理示意图。

如图3所示，电化学矢量水听器放置于水下，外部水声信号振动，带动电化学矢量水听器的第三壳体振动，第三壳体振动带动敏感器件振动，使得敏感器内部的电解液和电极发生相对位移，当电解液发生移动时，使得敏感电极的阴极、阳极处分布的阴阳离子发生变化，导致每条流道输出的电流不同，通过敏感电极输出每一条流道内的电流，再通过连接外部差分电路，输出差分电流，最后，通过外部检测电路检测输出的电流信号，实现低频水声信号的检测。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。