[发明专利]一种行波管水听器灵敏度一致性在线校准方法

说明书

本发明公开了一种行波管水听器灵敏度一致性在线校准方法，当行波管中只有水介质时，即样品是水柱，先假设一对标准水听器的灵敏度已经离线校准，利用这一对标准水听器，采用主动消声迭代算法建立行波声场；此时，理论上样品的声压反射系数为0、透射系数为1，从主发射器表面到次发射器表面水介质中形成单向平面行波；校准管中其它水听器之间的灵敏度幅值和相位。本发明的有益效果为：解决离线校准无法满足测量频率范围内、变温、变压条件下的校准问题，极大地提高了50Hz～1000Hz水声材料声振特性参数行波管校准装置对样品声压反射系数、透射系数和去耦系数等声参数在变温、变压条件下的测量精度。

技术领域

本发明涉及计量测试领域，具体属于声学(水声)领域，主要是一种行波管水听器灵敏度一致性在线校准方法。

背景技术

为了解决声障板、消声瓦和隔声瓦等水声材料声参数的测量以及对测量装置的校准问题，我所建立耐高静水压下100Hz～4kHz行波管校准装置，能够对Φ206mm试样进行测量和评估，测量参数为样品前后界面均为水介质时的声压反射系数、声压透射系数和吸声系数。由于该装置具有比脉冲声管更低的测量频率，比驻波管测量更多的声学参数而得到很好的推广，715所已经为中船重工第725所、船舶系统工程研究院和中科院声学所研制了同类的水声材料行波管测量装置。目前，我所正在开展“50Hz～1000Hz水声材料声振特性参数行波管校准装置”研究工作，能够测量各类水声材料样品的低频声学性能参数，在声障板、消声瓦和隔声瓦装备潜艇之前对出厂产品进行检验，保证军品质量，所以该项目对于我国潜艇声纳和声隐身技术的发展和军品项目具有十分重要的意义。

一套水声材料声振特性参数行波管校准装置包括行波管管体、一对发射换能器和一组水听器、电子测量仪器和测量软件、以及配套的变温变压和机械控制系统。水听器采用嵌入式的方法安装在行波管的管壁上，安装结构穿过管壁，敏感元件到达行波管的声轴线上。行波管垂直放置，由上段和下段组成，中间放置被测样品。每一段声管管壁上嵌入了4～5个水听器，用于采集管内的声场，反馈给声学测量系统，建立管内行波声场，测量样品的反射和透射声压。所以，每个水听器的灵敏度及其水听器组的一致性对于管内行波场的建立和样品的测量精度产生直接的影响。在水听器研制完成，安装之前，必须对它们进行严格的校准和挑选，尽量选择灵敏度高，相位幅值一致性好的水听器组。要求的校准频率范围为50Hz～1kHz，静水压力范围为0.1MPa～10MPa。然而现有的水听器校准装置在上述压力和频段下难以完成对行波管水听器灵敏度的校准。

目前关于水听器灵敏度的测量，常用的方法主要有三大类：互易法、物理参数法和比较法。互易法主要有自由场互易法、耦合腔互易法和行波管互易法。

自由场互易法和比较法是在自由场条件下实施检定的方法，适用的频率大约为0.5kHz～1MHz。由于在自由场中条件下测量对消声水池的自由场尺寸要求很高，在大型低频消声水池(50m×15m×10m)中的最低校准频率为0.5kHz，在开放式水池中不能实现静水压下测量，在高压消声水罐中，由于高压罐的体积的限制，校准频率必须在3kHz以上。

耦合腔互易法互易法是在密闭小空间内检定低频标准水听器的方法，适合于在高静水压和变温条件下使用，适合频率范围前者约为20Hz～3kHz。然而在密闭小容器中的测量由于测量容器容积有限的原因，被测量对象的体积不能过大，行波管水听器不能被安装在密闭腔内。

物理参数法则包括振动液注法、压电补偿法和静水压激励法。这类方法只适用于远离水听器谐振频率的低频段，但是上述校准设备也只适合小尺寸的水听器校准，也难以实现变温变压条件下的校准。因为行波管用水听器带有安装结构，在使用振动液注法校准时，由于结构的声散射，测量不确定度是比较大的。