專利名稱：一種在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，更具體說，它涉及一種在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體。
背景技術(shù)：
隨著商用和軍用領(lǐng)域的發(fā)展，利用低頻水聽器組成的長線列陣列來獲取海洋聲學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)變得越來越重要。由于線列陣的長度有上百米，按照常規(guī)的自由場遠(yuǎn)場校準(zhǔn)技術(shù)要求，測試距離非常遠(yuǎn)，在實驗室條件下是無法對其進行校準(zhǔn)的，如果到開闊的水域中去測量，則不僅實施非常困難，而且代價高昂。同時，由于測試距離很大，往往難于保證聲場的均勻和各向同性及位置方位的精確，加上信噪比的降低，也極大地影響了測試精度，只能對靈敏度和方向性進行粗略估計，而且無法掌握線列陣的性能隨溫度和壓力的變化趨勢。另外，隨著長線列陣的使用，在許多應(yīng)用場合，陣列也由一維發(fā)展到二維的。為了提高對陣列陣元接收信息的分析能力，需要獲取在線陣元的相位和靈敏度信息，且要求陣元的相位和靈敏度具備比較好的一致性。因此，國外在上世紀(jì)七、八十年代前后相繼發(fā)展了幾種線列陣校準(zhǔn)的方法1)纏繞法，可以校準(zhǔn)線列陣的靈敏度，不能校準(zhǔn)線列陣的方向性；2)空氣箱法，校準(zhǔn)的下限頻率比較低，但是同樣無法校準(zhǔn)線列陣的方向性；3)管中校準(zhǔn)法，不僅可以校準(zhǔn)拖曳線列陣或陣元組的靈敏度，也可以校準(zhǔn)它的遠(yuǎn)場指向性。同時，還可以控制管中的壓力和溫度。但管中校準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)時陣列安裝很不方便，只能在實驗室中應(yīng)用。上述所有對水聽器陣列陣元的評估方法和設(shè)備中，許多不適用于生產(chǎn)設(shè)施，一些設(shè)備需要在流體媒質(zhì)中進行，其它的需要參考水聽器。在測試中，這些參考水聽器陣元的特性會隨溫度、使用和時間發(fā)生變化，還有其它的參考會無法消除因水聽器陣元的密布引起不想要信號的產(chǎn)生。這就是說，這些參考不能提供簡單的、容用的設(shè)備用于確定水聽器陣列單個陣元是否準(zhǔn)確安裝和在線性能。為了滿足長線列水聽器陣列及其陣元在外場或生產(chǎn)條件下聲學(xué)性能的測試需求，必須解決測試方法或測試所需聲場條件問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，精度高，穩(wěn)定性好，在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。這種在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，包括壓力波發(fā)生器、聲波傳播通道、透聲子系統(tǒng)，其中壓力波發(fā)生器包括揚聲器，第一波腔、隔聲腔，其中透聲子系統(tǒng)包括一個軸向延伸到接收陣通道的外罩和一個由連接聲波傳播通道與軸向延伸孔徑到選定陣元的透聲口之間所形成的第二波腔組成。作為優(yōu)選所述第二波腔為軸向是一個倒號角設(shè)計，第二波腔在外罩的外圓周方向具有最大厚度或?qū)挾?，然后逐漸減少到能包容水聽器陣列的最小尺寸。作為優(yōu)選腔體空間由第一波腔、傳播通道和第二波腔組合而成，通過激勵放置在第一波腔上端的揚聲器產(chǎn)生壓力波，使壓力波從第一波腔通過聲波傳播通道傳播到透聲子系統(tǒng)的倒號角狀的第二波腔內(nèi)，最終把壓力波匯聚到號角最小端朝向測試腔體正對著被測陣元的位置的透聲槽處。作為優(yōu)選揚聲器安裝在第一波腔的頂部，第一波腔位于第一個隔聲腔內(nèi)，在第一波腔與隔聲腔之間填充了隔聲材料，在第一個隔聲腔外還有第二個隔聲腔，兩個隔聲腔之間也填充了隔聲材料。作為優(yōu)選第二波腔和外罩之間也設(shè)有隔聲材料。作為優(yōu)選第二波腔滿足嚴(yán)格的使壓力波發(fā)生器傳播過來的聲波匯聚到第二波腔軸向最窄的同心圓環(huán)形透聲槽的梯形形狀。作為優(yōu)選所述透聲槽的寬度要比被測陣元的間距要小。作為優(yōu)選所述透聲槽的寬度是被測陣元間距的1/4 1/2。本發(fā)明的有益效果是在空氣中為測試長線水聽器陣列的單個陣元提供了所需的聲場，同時，通過改變揚聲器的激勵信號，可以在測試時為單個陣元提供了可選的激勵。利用隔聲腔和填充隔聲材料等隔聲設(shè)計，能減少正常水聽器陣列的測試中所遇到的背景噪聲，提高了測試時的信噪比。透聲槽的寬度要比被測水聽器陣列的陣元間距要小，大約是陣元間距的1/4 1/2，以確保壓力波只作用在被測陣元上而不影響到未測陣元。圓環(huán)形透聲槽的設(shè)計是為了保證壓力波準(zhǔn)確的作用到被測陣元上，支撐結(jié)構(gòu)是為了保證被測段的軸向水平。同時，隔絕聲波從測試腔中傳播出去影響了其它陣元。整個測試腔體的設(shè)計，利用空氣聲學(xué)中揚聲器能更好地滿足低頻工作要求。同時，利用空氣聲學(xué)中聲波傳播及其號角結(jié)構(gòu)的匯聲作用，為長線列水聽器陣列的單個陣元的測試提供了所需要的聲場。通過隔聲材料及結(jié)構(gòu)的設(shè)計，減少了背景噪聲對被測陣元的影響，提高了信噪比。利用這種設(shè)計的腔體，只需普通的音頻發(fā)生器和測試設(shè)備就可以組成測試系統(tǒng)，滿足水聽器陣列在實驗室測試、生產(chǎn)測試和外場的現(xiàn)場測試。另外，利用這種設(shè)計的腔體及相應(yīng)的方法也可以測量水聽器陣列的性能。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為透聲子系統(tǒng)示意圖；圖3為圖2的A-A剖視圖；附圖標(biāo)記壓力波發(fā)生器1、隔聲腔2、聲波傳播通道3、透聲子系統(tǒng)4、揚聲器5、第一波腔6、隔聲材料7、被測陣元8、第二波腔9、測試腔體10、外罩11、透聲槽12、水聽器陣列13。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合較佳實施例進行描述，但應(yīng)知道，并不表示本發(fā)明限制在所述實施例中。相反，本發(fā)明將涵蓋可包含在有附后權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換物、改進型和等同物。腔體的設(shè)計原理以揚聲器5發(fā)出的聲波在空氣中傳播時利用不同腔體的組合來改變聲波的傳播途徑來實現(xiàn)對聲波的控制，通過控制聲波的傳播途徑和大小來得到測試水聽器陣列陣元性能所需的聲場。利用這種腔體，通過控制揚聲器5激勵信號的幅度與相位為陣元的測試提供可選的聲場；利用腔體的隔聲腔7設(shè)計、選用隔聲材料填充及特定設(shè)計的測試腔體還能減少正常水聽器測試中所遇到的背景噪聲，提高測試的信噪比。因此，利用這種腔體產(chǎn)生的聲場可以在空氣中實現(xiàn)對水聽器陣列陣元聲性能的測試，滿足低頻長線列陣陣元在實驗室、外場或生產(chǎn)線上實現(xiàn)對陣元聲性能的測試。另外，利用這種腔體，通過特定的方法來可以實現(xiàn)對整個陣列性能的測試。整個腔體包括一個壓力波發(fā)生器1、聲波傳播通道3和一個可以把壓力波直接作用到被選定的被測水聽器陣元上的透聲子系統(tǒng)4組成。(如圖1所示)。壓力波發(fā)生器I通過聲波傳播通道3把產(chǎn)生的壓力波傳播到透聲子系統(tǒng)4，透聲子系統(tǒng)4利用測試腔體使被選定的被測陣元8充分處在所需的壓力波聲場的包圍中。壓力波發(fā)生器1，發(fā)生所需要的壓力波；隔聲腔2，隔絕壓力波發(fā)生器I的聲波泄漏；聲波傳播通道3，把壓力波發(fā)生腔中產(chǎn)生的聲波傳送到透聲子系統(tǒng)4 ;透聲子系統(tǒng)4，把壓力波發(fā)生器I傳播過來的壓力波通過倒號角的匯聚作用后直接作用到被選定的水聽器陣列的被測陣元8上。在圖1中，壓力波發(fā)生器I包括一個由低頻正弦波驅(qū)動的揚聲器5，第一波腔6，隔聲腔2和聲波傳播通道3組成。揚聲器5安裝在第一波腔6的頂部，第一波腔6位于第一個隔聲腔2內(nèi)，在第一波腔6與隔聲腔2之間填充了隔聲材料7,在第一個隔聲腔2外還有第二個隔聲腔2，兩個腔體之間也填充了隔聲材料7。利用兩個隔聲腔2可以完全隔絕壓力波發(fā)生器I產(chǎn)生的聲波擴散，也可以隔絕外界聲場對壓力波腔內(nèi)聲波場的影響。同時，也避免了揚聲器5前端和后端泄漏聲波對被測水聽器陣列13的影響。從圖1、圖2和圖3中可以看出，透聲子系統(tǒng)4有一個內(nèi)含一定孔徑的軸向通道的圓環(huán)形的第二波腔9，一個向外方向填充了隔聲材料7的圓柱形腔體、一個環(huán)形包圍著的、軸向延伸的第二波腔9和測試腔體10。第二波腔9在軸向是一個倒號角設(shè)計，號角在圓柱形腔體的外圓周方向具有最大厚度或?qū)挾龋缓笾饾u減少到能包容被測長線列的最小尺寸。如圖1和圖2中所示，透聲子系統(tǒng)4的第二波腔9滿足嚴(yán)格的梯形形狀。這種特征能使從壓力波發(fā)生器I傳播過來的聲波匯聚到透聲子系統(tǒng)4的第二波腔9軸向最窄的同心圓環(huán)形的透聲槽12處。透聲槽12的寬度要比被測水聽器陣列的被測陣元8間距要小，大約是被測陣元8間距的1/4 1/2。這樣就保證了壓力波只作用在被測陣元8上而不影響到未測陣元。透聲子系統(tǒng)4的測試腔體包括透聲槽12和支撐被測水聽器陣列被測段的結(jié)構(gòu)。圓環(huán)形透聲槽12的設(shè)計是為了保證壓力波準(zhǔn)確的作用到被測陣元8上，外罩11是為了保證被測段的軸向水平。同時，隔絕聲波從測試腔體10中傳播出去影響了其它陣元。在圖1中，連接第一波腔6與第二波腔9之間的聲波傳播通道3保證了壓力波產(chǎn)生到聚焦作用到被測水聽器陣列的被測陣元8上。聲波傳播通道3外也是包裹著隔聲材料7，確保聲波在傳播途中盡可能少的發(fā)生泄漏。
權(quán)利要求
1.一種在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，其特征在于包括壓力波發(fā)生器(I)、聲波傳播通道(3)和透聲子系統(tǒng)(4)，其中壓力波發(fā)生器(I)包括揚聲器(5)、第一波腔(6)和隔聲腔(2)，其中透聲子系統(tǒng)(4)包括一個軸向延伸到接收陣通道的外罩(11)和一個由連接聲波傳播通道(3)與軸向延伸孔徑到選定陣元的透聲口之間所形成的第二波腔(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，其特征在于所述第二波腔(9)為軸向是一個倒號角設(shè)計，第二波腔(9)在外罩(11)的外圓周方向具有最大厚度或?qū)挾?，然后逐漸減少到能包容水聽器陣列(13)的最小尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，其特征在于腔體空間由第一波腔￠)、傳播通道(3)和第二波腔(9)組合而成，通過激勵放置在第一波腔(6)上端的揚聲器(5)產(chǎn)生壓力波，使壓力波從第一波腔(6)通過聲波傳播通道(3)傳播到透聲子系統(tǒng)(4)的倒號角狀的第二波腔(9)內(nèi)，最終把壓力波匯聚到號角最小端朝向測試腔體(10)正對著被測陣元⑶的位置的透聲槽(12)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，其特征在于揚聲器(5)安裝在第一波腔￠)的頂部，第一波腔(6)位于第一個隔聲腔(2)內(nèi)，在第一波腔(6)與隔聲腔(2)之間填充了隔聲材料(7)，在第一個隔聲腔(2)外還有第二個隔聲腔(2)，兩個隔聲腔(2)之間填充了隔聲材料(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，其特征在于第二波腔(9)和外罩(11)之間設(shè)有隔聲材料(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，其特征在于第二波腔(9)滿足嚴(yán)格的使壓力波發(fā)生器(I)傳播過來的聲波匯聚到第二波腔(9)軸向最窄的同心圓環(huán)形透聲槽(12)的梯形形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，其特征在于所述透聲槽(12)的寬度要比被測陣元⑶的間距小。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，其特征在于所述透聲槽(12)的寬度是被測陣元(8)間距的1/4 1/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在空氣中校準(zhǔn)水聽器陣列陣元的腔體，包括壓力波發(fā)生器、聲波傳播通道、透聲子系統(tǒng)，其中壓力波發(fā)生器包括揚聲器，第一波腔、隔聲腔，其中透聲子系統(tǒng)包括一個軸向延伸到接收陣通道的外罩和一個由連接聲波傳播通道與軸向延伸孔徑到選定陣元的透聲口之間所形成的第二波腔組成。本發(fā)明的有益效果是(1)在空氣中為測試長線水聽器陣列的單個陣元提供了所需的聲場，同時，通過改變揚聲器的激勵信號，可以在測試時為單個陣元提供了可選的激勵。(2)利用隔聲箱和填充隔聲材料等隔聲設(shè)計，能減少正常水聽器陣列的測試中所遇到的背景噪聲，提高了測試時的信噪比。
文檔編號G01H3/00GK103017884SQ20121054973
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者平自紅 申請人:中國船舶重工集團公司第七一五研究所