脉冲声测量技术在光纤水听器测量中的应用

本文介绍了脉冲声测量技术在非消声水池中光纤水听器测量中的应用。理论上分析了脉冲宽度的选择标准，并搭建了实验系统，对某一光纤水听器的声压灵敏度进行了测量，实验结果验证了该技术用于光纤水听器测量的可行性。     

用垂直阵和单水听器测量水下目标辐射噪声的误差分析及其修正方法

文章给出了水声波导模型下垂直阵和单水听器测量水下目标辐射噪声的误差和修正方法,以便使两种测量结果一致和统一。在设定典型水声波导的参数后,用波数积分方法计算出声源到垂直阵各阵元的信道传输函数,再推导出垂直嵌套阵聚焦波束的信道传输函数,从而得到单水听器和垂直嵌套阵的测量误差。数值计算表明在70 m海深条件下,不同深度单水听器测量单频信号频谱级起伏达15 dB以上,总声级测量误差的均值为3 dB,而垂直嵌套阵测量单频信号频谱级起伏仅4 dB,总声级测量误差的均值趋于0 dB。海上实验测量单频信号声源级的结果与数值计算的起伏一致,海试中垂直阵获得较高的空间增益。结论是在浅海条件下垂直阵的测量精度高于单水听器的测量精度,用单水听器测量的目标总声级需要修正时可以修正,而用单水听器测量的单频信号声源级则难以修正。     

双水听器水声声强测量系统的误差分析和校准

基于双水听器互谱测量法,研制的水声声强测量设备可用于测量水下声源产生的声场中任意点的声强量值或任意面上的声强量值分布。根据双水听器测量声强法原理进行了误差分析,提出了该双水听器声强测量系统的校准方法。对系统测量水声声强量值的不确定度进行了估计并进行了实验验证。验证表明,理论分析评定与实测结果一致。     

聚焦区域高声强声场分布的测量方法研究

常用的声场分布测量是采用水听器扫描声场的方法,该方法对于声能量密度较大的声场难以测量,因为在这种情况下声振幅比较大,水听器在这种声场中呈现非线性或遭到破坏。设计了一种用辐射压力测量高声强声场分布的方法,该方法利用一根微细管,直接测量声场的冲流压力,通过对声场进行扫描测量可以得到高声强声场压力分布。从理论上分析了这种测量方法的可行性,对测量基本要求及实验装置做了阐述。实验结果证实:该方法可以用来测量高声能密度声场压力分布;测量结果与水听器测量结果基本吻合;测量方法存在测量盲区。     

湍流边界层起伏压力谱和聚偏氟二乙烯薄膜(PVDF)水听器响应的实验研究

利用一个 φ８ ｍｍ水听器和一个 ２０元阵在水洞中测量了湍流边界层起伏压力的点功率谱密度和波数频率谱密度。点功率谱密度测量结果的无量纲表示和 Ｂｕｌｌ　Ｍ． Ｋ．等人风洞中的测量结果相吻合。波数频率谱的测量结果中能清楚地看到迁移峰,从而可进一步从迁移峰所在的位置求得迁移速度。同时还测量了一个接收面积为 １００ ｍｍ×６０ ｍｍ的 ＰＶＤＦ水听器对湍流边界层压力起伏的响应谱,将其结果和 φ８ ｍｍ水听器测量结果的对比,可以清楚看到 ＰＶＤＦ水听器对湍流边界层压力起伏的空间滤波作用。     

声学国家标准介绍(Ⅲ)

14.GB 4128-84标准水听器 本标准规定了用于1Hz—100kHz 频率范围内的压电型标准水听器的主要性能参数和技术要求. 标准水听器根据使用目的和校准准确度分为:一级标准水听器(简称标准水听器,用作实验室标准及用一级标准方法校准)和二级标准水听器(简称测量水听器,用作实验室或工厂的一般测试标准及用二级标准方法校准).其主要性能参数见表1.     

薄壁球形导流罩对矢量水听器接收性能的影响

在实际使用时,为了减小流噪声对矢量水听器的影响,将其放置在流线型较好的导流罩内,因此对导流罩内矢量声场的计算是非常必要的。以水下弹性球壳为研究对象,从理论上研究了弹性薄球壳声透射对矢量水听器声场测量的影响;推导了平面声波对弹性球壳声透射的矢量声场数学表达式,计算了不同壳体参数下内充水弹性球壳的声透射矢量声场对矢量水听器各通道声波接收响应幅值和相位以及各通道接收指向性的影响。理论分析表明,弹性薄球壳透射声场对矢量水听器接收声场的影响与壳体机械阻抗和水听器安装位置密切相关,水听器安装偏差对其声场测量影响比较大。     

一种光纤光栅水听器灵敏度校准技术研究

为了校准光纤光栅水听器的灵敏度,开展了光纤光栅水听器灵敏度校准技术研究.本文首先介绍了光纤光栅水听器的工作原理;其次,采用可调谐激光器和带工作点控制的强度调制法,实现了光纤光栅水听器的信号解调和稳态测量;在此基础上,利用比较法建立了一种光纤光栅水听器校准系统,校准频率范围为20 Hz～10 kHz;最后,在该频率范围内对采用等效相移布喇格光栅研制的一只光纤光栅水听器的灵敏度进行了校准,对系统的测量不确定度进行了估算.结果表明,该系统可准确校准光纤光栅水听器的灵敏度,扩展不确定度为0.9 dB(k＝2).     

干涉型全保偏光纤水听器阵列研制

报道了干涉型全保偏光纤水听器阵列的研究结果。在详细介绍全保偏光纤水听器基元结构和性能基础上,描述了四基元阵列结构和特性,给出了光纤水听器基元相对接收灵敏度的频率响应和阵列指向性的测量结果。同时指出光纤水听器与传统压电换能器在性能指标、信号传输和处理等方面的差异。     

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。     

一种光纤光栅水听器灵敏度校准技术研究

为了校准光纤光栅水听器的灵敏度,开展了光纤光栅水听器灵敏度校准技术研究.本文首先介绍了光纤光栅水听器的工作原理;其次,采用可调谐激光器和带工作点控制的强度调制法,实现了光纤光栅水听器的信号解调和稳态测量;在此基础上,利用比较法建立了一种光纤光栅水听器校准系统,校准频率范围为20 Hz~10 kHz;最后,在该频率范围内对采用等效相移布喇格光栅研制的一只光纤光栅水听器的灵敏度进行了校准,对系统的测量不确定度进行了估算.结果表明,该系统可准确校准光纤光栅水听器的灵敏度,扩展不确定度为0.9 dB(k=2).     

水听器线列阵近场声压测量误差实验研究

本文介绍了用于近场声压的测量水听器中阵元水听器测量声压的可靠性检验方法和实验结果,提出了元水听器测量球面波场中声传播衰减的曲线与现想球面波声场中场传播衰减的曲线对比的检验,要用球面声源声中心测量值对收发距离进行修正的方法,实验水池中对线列阵上十元水吸器在球形声源水池中进行了传播衰减曲线的测量分析,验证了基阵的弱散散射性能,表明线阵可用于距离小至1／7波长的极近场的扫描测量。     

灌注成型PVDF薄膜水听器

介绍一种灌注成型复合圆管PVDF压电薄膜水听器.理论上计算了复合圆管的各层参数对水听器低频灵敏度的影响.说明了如何针对水听器的要求选择各层材料的参数.采用的灌注成型工艺和复合膜卷绕技术,可使水听器的性能得到改善,并简化了工艺,利于水听器的批量生产.研制的水听器样品的测试数据表明,这种水听器灵敏度高,随静水压的灵敏度起伏小,加速度响应很低,一致性好.水听器低频灵敏度的理论计算值与实际测量值符合较好.     

阵列式双水听器平面扫描声强分布测量和声功率计算实验研究

根据双水听器法测量声强的基本原理，本文提出了基阵在湖中的布放及测量声强分布的实施步骤。通过对试验数据的处理与分析，给出了声强分布的三维力和等值曲线图，并利用扫描平面上的声强分布。计算出声源辐射的声功率。实验表明，本文提出的用列阵式双水听器声强测量系统，作平面扫描测量声强分布的方案是合理的；利用所测得的双平面近场声强分布来计算源的辐射也是可行的。     

干涉型光纤水听器伪工作点控制检测方法

提出了一种用于干涉型光纤水听器信号检测的伪工作点控制方法.为了验证该方法的可行性,搭建了干涉型光纤水听器声压灵敏度测量系统,编写了实时信号采集和处理程序,对某一光纤水听器进行了测量.在频带20 Hz~2.5 kHz上,该光纤水听器的声压灵敏度为－156.5 dB(0 dB=1 rad/μPa),频响波动<±0.8 dB,与采用PGC调制解调方法测量的结果基本一致.由于传感部分不含有源器件,该方法实现了无源检测.另外,它还具有解调算法简单、检测频带宽等优点.     

基于PULSE系统的矢量水听器实时校准

基于对PULSE系统的应用开发研究,建立了矢量水听器实时校准可视化系统,利用ActiveX技术解决了PULSE系统与MATLAB实时通讯问题,这是实时校准的基础。并以矢量水听器理论基础为依据,用比较校准法原理通过MATLAB语言完成编程,同时解决了数据转化问题,通过建立的可视化界面实现对矢量水听器实时校准,提高了校准精度和可靠性,为矢量水听器使用前进行快速高效的校准创造了条件,同时也为其它声学设备校准提供了测量平台。     

带加速度补偿的DFB光纤激光水听器

针对分布反馈式光纤激光水听器在用于水声探测时极易受加速度效应干扰的问题,设计了一种双膜片对称结构的光纤激光水听器,对该水听器的抗加速度性能进行了研究.建立了双膜片结构水听器的加速度灵敏度理论模型,分析了水听器各部件的尺寸大小、材料参量与水听器加速度灵敏度的关系,实现了对水听器结构的优化设计;加工制作了分布反馈式光纤激光水听器原型样品,并进行了实验研究.测量结果表明,在2.5~10kHz的频率范围内,该结构水听器的平均声压灵敏度为-132.6dB,波动幅度不大于±0.5dB,加速度灵敏度小于-28dB.该水听器在保证了较高声压灵敏度与平坦的响应曲线的同时,抗加速度性能也得了有效改善,可大大提高光纤激光水听器阵列在运动状态下对远距离目标探测的信噪比.     

基于矢量水听器的声压和质点振速的空间相关系数

矢量水听器同步测量声场空间一点处的声压和质点振速的三个正交分量,由此得到的幅度和相位信息有利于改善声呐的检测和估计性能。对三维球形各向同性噪声场中声压和质点振速的时空相关性本文进行了研究,推导了矢量水听器的噪声协方差矩阵的理论表达式;给出了矢量水听器水平线阵和垂直线阵的协方差矩阵;研究单个矢量水听器的噪声协方差矩阵,并给出了浅海近岸水域的试验结果;利用上述理论结果推导了矢量水听器阵列的声能流阵增益。     

全面感知水声信息的新传感器技术——矢量水听器及其应用

文章介绍了一种新型水声接收换能器——矢量水听器(矢量传感器),它可以同时共点地测量声场的声压和矢量(水媒质质点振速,振动加速度或声压梯度等),使用矢量水听器比常规声压水听器能获得更全面的声场信息,因此,在水声技术中获得了广泛的应用.文中描述了矢量水听器的结构设计和工作原理及特性,给出了一些重要的应用例子.     

F-P型光纤水听器温度特性研究

温度漂移对水听器系统输出的影响是其实用化进程中的关键技术障碍。这主要表现在温度变化引起水听器探头背衬材料的胀缩和光纤折射率的变化。首先从弹性力学轴对称问题的准静态理论出发分析了背衬材料的应力特性，并用光弹理论及热应力理论分析了温度改变对光纤相位常数的影响，得出了温度影响干涉式光纤水听器光学相位输出的数学表达式。给出了温度变化对水听器光学相位输出影响的实验测量结果，得出了光学相位随温度变化的线性关系图，与理论计算结果吻合。