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小水箱中矢量水听器灵敏度校准方法研究

陈洪娟 刘泽民 张佳乐

陈洪娟,刘泽民,张佳乐. 小水箱中矢量水听器灵敏度校准方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(11): 39-52 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0287
引用本文: 陈洪娟,刘泽民,张佳乐. 小水箱中矢量水听器灵敏度校准方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(11): 39-52 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0287
CHEN Hongjuan, LIU Zemin, ZHANG Jiale. Research on Calibration Method of Vector Hydrophone Sensitivity in Small Water Tank[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(11): 39-52. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0287
Citation: CHEN Hongjuan, LIU Zemin, ZHANG Jiale. Research on Calibration Method of Vector Hydrophone Sensitivity in Small Water Tank[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(11): 39-52. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0287

小水箱中矢量水听器灵敏度校准方法研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0287
基金项目: 国家自然科学基金项目(11474075)。
详细信息
    作者简介:

    陈洪娟(1969-),哈尔滨工程大学教授,研究方向:水声换能器及水声计量测试技术,邮箱:chenhongjuan@hrbeu.edu.cn

    通讯作者:

    刘泽民(1997-),中国电子科技集团公司第二十三研究所助理工程师,研究方向:光纤水听器及声场分析,邮箱:719426235@qq.com

  • 中图分类号: TB95

Research on Calibration Method of Vector Hydrophone Sensitivity in Small Water Tank

  • 摘要: 水听器的接收灵敏度是衡量其声学性能的重要指标。随着低频大尺度矢量水听器的出现,常规驻波管因尺寸的限制无法进行矢量水听器的校准工作;消声水池由于边界条件的限制,采用脉冲声技术无法在时域上将低频信号的直达波与反射波分离。针对这两种情况,研究了在小水箱中基于暂态信号的矢量水听器自由场灵敏度测量方法。以单谐振压电发射器在正弦脉冲信号激励下谐振频率点处的辐射面振动位移解析解为基础,对接收信号暂态部分与稳态部分幅值之间的关系进行了分析,同时利用有限元软件,以水声测试中常用的发射器为例,通过模态分析、谐响应分析以及瞬态分析,仿真分析了利用暂态信号进行矢量水听器灵敏度测试时,声源的选择和接收点的位置,并利用搭建的实验平台,在小水箱中利用比较法完成了对矢量水听器声压灵敏度的测量。该测量方法克服了空间尺寸的影响,扩展了有限空间内矢量水听器的测量频率下限。
  • 图  1  水听器接收信号时序图

    Figure  1.  Hydrophone receiving signal timing diagram

    图  2  典型直达波信号波形图

    Figure  2.  Typical direct wave signal waveform diagram

    图  3  圆面活塞发射器在水中的导纳曲线

    Figure  3.  Admittance curve of a circular piston transmitter in water

    图  4  用圆面活塞发射器发射信号得到的接收信号与理论值归一化误差分析

    Figure  4.  The normalized error of the received signal obtained by the transmitted signal with the circular

    图  5  球形发射器在水中的导纳曲线

    Figure  5.  Admittance curve of spherical transmitter in water

    图  6  用球形发射器发射信号得到的接收信号与理论值归一化误差分析

    Figure  6.  The normalized error of the received signal obtained by the spherical transmitter and

    图  7  用圆管发射器发射信号得到的接收信号与理论值归一化误差分析

    Figure  7.  Normalized error analysis between received signal from circular tube transmitter and theoretical value

    图  8  复合棒换能器导纳图

    Figure  8.  Admittance diagram of composite rod transducer

    图  9  用复合棒发射器发射信号得到的接收信号与理论值归一化误差分析

    Figure  9.  Normalized error analysis of received signal from composite rod transmitter against theoretical value

    图  10  带螺栓预紧力的复合棒发射器发射信号得到的接收信号与理论值归一化误差分析

    Figure  10.  Normalized error analysis of received signal from composite rod transmitter with bolt preload against theoretical value

    图  11  小水箱中矢量水听器灵敏度测量系统

    Figure  11.  Sensitivity measurement system for vector hydrophones in small water tanks

    图  12  收发换能器信号时域图

    Figure  12.  Time domain diagram of transmitting and receiving transducer signals

    图  13  理论和实测灵敏度对比图

    Figure  13.  Comparison chart of theoretical and actual sensitivity

    表  1  基于暂态信号的矢量水听器灵敏度测量结果

    Table  1.   Sensitivity measurement results of vector hydrophones based on transient signals

    频率/Hz 每半个周期处作为参考值计算矢量水听器自由场灵敏度测量结果
    1 2 3 4 5 6 7
    3900 −178.69 −177.90 −178.01 −178.18
    4000 −178.61 −177.57 −177.79 −178.15
    4060 −178.44 −177.25 −177.66 −177.90
    4100 −178.44 −177.36 −177.70 −177.82
    4200 −178.26 −177.90 −177.36 −177.88
    4300 −178.63 −177.76 −177.73 −177.56 −177.77
    4400 −178.47 −178.35 −177.32 −177.92 −177.58
    4500 −179.14 −178.31 −177.43 −177.83 −177.48
    4600 −179.43 −178.40 −177.54 −177.71 −177.26
    4700 −179.66 −178.48 −177.48 −177.45 −177.41
    4800 −179.22 −178.84 −177.10 −177.66 −177.15
    4900 −179.45 −178.45 −177.35 −177.20 −176.79
    5000 −179.12 −178.60 −177.07 −177.29 −176.50
    5100 −179.04 −178.47 −176.93 −177.22 −176.57
    5200 −178.93 −178.35 −176.62 −177.33 −176.28
    5300 −178.79 −178.16 −176.36 −177.31 −176.23
    5400 −178.93 −177.79 −176.39 −177.14 −176.41 −176.17
    5500 −178.73 −177.66 −176.35 −177.07 −176.51 −176.09
    5600 −178.68 −177.59 −176.30 −177.28 −176.21 −175.92
    5700 −178.62 −177.60 −176.48 −177.1 −176.37 −175.86
    5800 −178.53 −177.73 −176.56 −177.02 −176.42 −175.71
    5900 −178.46 −177.84 −176.72 −176.92 −176.58 −175.88
    6000 −178.48 −177.97 −176.87 −176.63 −176.60 −176.07
    6100 −178.55 −178.11 −177.14 −176.59 −176.62 −176.31
    6200 −178.67 −178.21 −177.34 −176.64 −176.34 −176.67
    6300 −178.57 −178.37 −177.62 −176.5 −176.51 −176.48 −177.49
    6400 −178.54 −178.57 −178.05 −179.40 −176.40 −176.58 −177.71
    6500 −178.54 −178.63 −178.58 −176.21 −176.36 −176.81 −177.79
    6600 −178.56 −178.89 −178.84 −176.39 −176.01 −177.41 −177.60
    6700 −178.33 −179.22 −179.54 −177.12 −176.65 −178.46 −178.27
    6800 −178.53 −179.19 −179.59 −176.70 −175.82 −178.12 −177.76
    6900 −178.46 −179.37 −179.89 −177.21 −176.21 −178.20 −178.25
    7000 −178.50 −179.49 −180.02 −178.40 −176.39 −178.70 −178.39
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-17
  • 录用日期:  2023-12-01
  • 修回日期:  2023-12-08
  • 网络出版日期:  2023-12-18

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