一种具有声低通滤波特性的无源零差光纤水听器

报道了一种新颖的具有抗混叠功能的无源零差迈克耳孙型光纤水听器.它由一个普通的芯轴型光纤水听器和一个圆柱型亥姆霍兹共振器构成.在驻波罐中对其声压相位灵敏度频响进行了测量,结果表明该光纤水听器具有较好的声低通滤波特性,能有效地抑制声信号中的高频成分,从而实现抗混叠滤波.该光纤水听器的低频声压相位灵敏度主要由传感光纤长度和弹性增敏层的物理特性决定,约为-159 dB(0 dB=1 rad/μPa).在1150 Hz附近出现了一个共振峰,这主要由圆柱型亥姆霍兹共振器的声学特性决定.1150～2280 Hz频段内的灵敏度衰减率约为50 dB/倍频程,1500 Hz以后的灵敏度衰减量大于10 dB.这对于提高我国未来声纳系统的抗干扰能力具有十分重要的意义.     

基于流固耦合作用的分布反馈式光纤激光水听器

为了解决流固耦合模态使水听器工作频带变窄的问题,理论分析了流体对双膜片结构的分布反馈式光纤激光水听器固有频率的影响,基于有限元软件对水听器加固封装前后在空气中和流体中的模态和频响性能进行仿真分析,加工制作了水听器原型样品并开展了水声实验研究.实验结果表明,在2 500~8 000Hz的频率范围内,未经加固封装的水听器由于在该频段内存在多个流固耦合固有频率造成响应曲线起伏较大,而采取了加固措施封装后的水听器获得了-142.77±0.8dB的平均声压灵敏度,验证了流体对水听器频响性能的影响以及改善措施的有效性,实验结果与理论及仿真结果吻合较好.     

分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵实验研究

为了进一步增大光纤拖曳阵的探测距离,研制了缆径为16mm的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵.阵元在10~2 000Hz频率范围内的平均声压灵敏度为-142.7dB(re 1rad/μPa),波动幅度小于±2dB.基于声光调制器的时分、波分联合复用技术实现了32元光纤激光水听器的多路复用,各个阵元之间以及各个通道之间的串扰均小于-40dB,并完成了静态和动态拖曳湖上实验.实验结果表明,研制的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵无论是在静态,还是在6~16节的动态拖曳状态,都能对目标形成稳定的波束指向,与GPS轨迹记录完全一致,展现了分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵在工程上的应用前景.     

复合液腔高灵敏度水听器

探索新的换能器结构是提高换能器性能的主要途径之一。设计了一种利用液腔结构提高接收灵敏度的水听器,称为复合液腔水听器。该水听器用压电陶瓷圆管作为敏感材料,并将其放在一个底部开孔的金属圆桶内。在流体中,开孔圆桶形成两个频率不同的液腔谐振模态,并与压电陶瓷圆管的径向谐振模态衔接在一起,形成具有一定带宽的高接收灵敏度频段。采用有限元方法对水听器进行了优化设计并研制了水听器样机。水池测试结果表明,该水听器样机在1.5 k Hz～11.5 k Hz频率范围内灵敏度保持在-185 d B以上,比传统的压电陶瓷圆管水听器结构具有显著优势。     

干涉型光纤水听器PGC解调的参数估计方法

对于干涉型光纤水听器外调制式相位生成载波(PGC)解调方案,光干涉强度和调制深度两个参数的波动会影响解调结果。为了消除影响,本文提出利用椭圆曲线拟合以及频域搜索的参数估计方法。根据理论分析,当调制深度在[0,3.83]区间内两种方法有效,可以适应实际情况中调制深度缓慢且小范围波动的情况。为了分析验证两种方法,本文利用不同类型的待测信号进行了数值仿真,根据仿真结果,在声信号引起的相位较大的情况下,两种方法都能对参数进行正确估计;利用频域搜索的方法适用的动态范围更大;当相关参数缓慢波动时,频域搜索法能正确跟踪估计相关参数。     

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。     

带空气腔芯轴型光纤水听器特性研究

对带空气腔芯轴型光纤水听器进行了研究和试验验证.分别建立了二维和三维模型对水听器性能进行分析,给出了两种模型下的水听器相移灵敏度计算公式;小批量制作了22个该结构的水听器并进行了测试.试验数据与模型计算结果十分吻合.结果表明,三维模型计算结果比二维模型更为准确,频带内均方根偏差大部分都小于0.3(dB·re·rad)/μPa.试验采用的水听器相移灵敏度为－153(dB·re·rad)/μPa,其归一化相移灵敏度达到－308(dB·re·1)/μPa.同时,该模型可以更好地根据实际需要来设计不同尺寸和性能的水听器结构.     

Flow induced noise calculations for non-axially distributed hydrophones in towed arrays

Two improvements are put forward on the analyses of flow induced noise in towed arrays. First, the differences between Corcos/Carpenter pressure fluctuation models have been discussed at length, as well as flow induced noise calculated with these two models. Second, flow induced noise received by the finite hydrophones distributed non-axially is discussed and the relevant power spectrum is deduced. The results show that there are some disparities between the wavenumber spectrums and the responses of flow induced noise of these two models. Flow induced noise is closely related with the tow speed, the tube radius and the off-axis distance. The numerical analyses with Carpenter model indicate that the power spectrum of flow induced noise will increase 24 dB approximately with the tow speed doubled, decrease with the radius of the tube, and increase with the off-axis distance. The tube radius and the off-axis distance have greater influence on the high-frequency components than on the low-frequency components.     

不同光聚焦状态的光击穿声辐射特性

强激光通过光学系统聚焦于水下时,击穿水介质辐射强声波信号.光学聚焦特性的不同,使得激光击穿区域形状的差异,导致辐射的声信号在强度、频谱特征上具有较大的差异性.为研究不同光聚焦状态对激光击穿形成的空泡辐射声波的影响,推导了不同聚焦状态下激光空泡壁的运动方程及声辐射模型,构建了激光声实验测量系统,实验研究了不同聚焦状态下光击穿导致的空泡脉动参数、辐射声信号特征的差异性.结论:激光声信号强度与激光能量成线性关系,在激光能量高于一定参数情况下,声信号强度变化不大;在低激光功率下,扩束聚焦与非扩束聚焦,辐射的声信号特性差异不大;在高激光功率条件,扩束聚焦击穿形成的空泡半径大于非扩束聚焦击穿,辐射的声信号强度高于非扩束聚焦;为提高激光击穿辐射卢信号效率,应对激光束进行扩束聚焦.     

海底表层声场垂直衰减分析

声波在海底中的传播衰减规律是海洋声学中值得研究的课题。根据简正波理论推导了高声速海底表层声场垂直衰减系数的解析表达式,并给出了其理论上限。数值仿真与实验研究表明:对液态海底模型,海底表层声场垂直衰减系数与声波频率基本呈正比;对于特定频率,海水-海底声速比是影响垂直衰减系数的最主要因素,比值越小垂直衰减系数越大;对于斜率较大的楔形海底地形,且声源在深水区、接收点在浅水区的情形,垂直衰减系数会大大小于其理论上限。