[发明专利]一种高静水压低频校准腔体及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及水声测量领域，是一种高静水压低频校准腔体及测试方法。

背景技术

地球上大约3/4的面积为海洋，在陆地资源日益匮乏、某些资源使用殆尽的今天，世 界各国都把目光投向了广阔的海洋，特别是深海。海洋资源的探测、开发利用是今后若干年 发展的重点。2012年6月24日，由我国自主研发、具有自主知识产权的首个7000米载人 深海潜水器“蛟龙”号，在下潜试验中下潜深度达7020米，突破了7000米水深大关，创造 了中国载人深潜的新历史。如何对“蛟龙”号等深潜器搭载的声学传感器进行高静水压下的 性能校准显得尤为急迫。声学探测(如利用深水拖曳阵声纳、深水ADCP声纳探测等)，是深 海资源探测手段的重要组成部分。对这些声学系统和深水换能器在实际使用条件下声学性能 的校准是十分必要的。声波测井是石油测井的一个重要手段，声波测井仪在井下几千米的环 境下工作，安装在测井仪上的声学传感器同样承受着几十兆帕的静水压力，准确测试其在高 静水压环境下的性能，同样是一项非常有意义的工作。

对水听器低频接收灵敏度进行校准的方法有：振动液柱法、压电补偿法、耦合腔互易法 等。振动液柱法是通过振动加速度的测量来求定标准水听器声压灵敏度的方法，适合于常压 下的低频灵敏度校准。压电补偿法原理为：在一个充水的刚性小水腔中放置两个换能器，一 个是源换能器，另外一个是补偿换能器。当源换能器受电信号D_s激励时，在水腔中产生声压 p。若腔体尺寸远小于水中声波波长，可认为腔中声压p是处处相等的。待测水听器置于腔中， 在声压p的作用下产生开路电压U_H0。根据定义，水听器的声压灵敏度为M＝U_HO/p，因此只 要求p值，就可得到M。补偿换能器的工作面在源换能器产生的声压p作用下发生振动。这 时如果用一个与D_s同频率的电信号D_C激励补偿换能器，并调节D_C的幅度与相位使它的工作 面停止振动，则补偿换能器在电信号D_C作用下会在腔中产生相同值的声压p。补偿换能器工 作面是否停止振动，在源换能器不工作的情况下，由附着在补偿换能器上的位移监测器判断。 通过一系列的推导计算，可得到被测水听器声压灵敏度。补偿法是一种灵敏度的绝对校准方 法，测试过程比较复杂，同样只适合于常压下低频灵敏度校准。以上方法建立的测试装置， 构成复杂，测量程序和装置维护比较繁琐。

在国内，耐高静水压低频研究较少，国防科技工业水声一级计量站建立的高压消声水池 能校准水听器接收灵敏度，频率范围2kHz～200kHz，最高静水压10MPa，不能解决低频灵敏 度校准问题。哈尔滨工程大学和国防科技工业水声一级计量站均建立的耦合腔校准系统，测 试频率范围20Hz～2kHz,最高静水压高达10MPa，仍然远远不能满足50MPa甚至更高静水压 的需要，受腔体及发射换能器的限制，提高耐压能力难度极大。本发明主要从耐高压腔体设 计及耐高压换能器入手，建立耐高压的比较法校准装置，具有构成简单、易于操作和维护的 特点，实现最高达70MPa高静水压下的低频灵敏度校准。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种高静水压低频校准腔体及测试 方法，主要是一种柱形耐高压金属密封腔体，腔内充满传声介质(如水、甲基硅油、蓖麻油 等)，在腔体内部装有压电发射换能器，在信号源和功放推动下，在介质中产生所需的高信噪 比、稳定的低频均匀声场，被测水听器与互易换能器通过比较法可测试水听器低频接收灵敏 度。利用手动压力泵向金属腔体内注入液体，在腔体内形成稳定的高静水压环境，从而实现 了高静水压条件下的低频灵敏度测量。