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转移耦合腔互易法水听器校准方法研究

王世全 徐卓华 吴博越 贾广慧

王世全,徐卓华,吴博越,等. 转移耦合腔互易法水听器校准方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(11): 62-70 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0292
引用本文: 王世全,徐卓华,吴博越,等. 转移耦合腔互易法水听器校准方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(11): 62-70 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0292
WANG Shiquan, XU Zhuohua, WU Boyue, JIA Guanghui. Study on Hydrophone Calibration Using the Transfer Coupler Reciprocity Method[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(11): 62-70. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0292
Citation: WANG Shiquan, XU Zhuohua, WU Boyue, JIA Guanghui. Study on Hydrophone Calibration Using the Transfer Coupler Reciprocity Method[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(11): 62-70. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0292

转移耦合腔互易法水听器校准方法研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0292
基金项目: 国家重点研发计划(2016YFF0200901)。
详细信息
    作者简介:

    王世全(1980-),杭州应用声学研究所研究员,研究方向:水声计量测试技术,邮箱:wang_shiquan715@163.com

  • 中图分类号: TB95

Study on Hydrophone Calibration Using the Transfer Coupler Reciprocity Method

  • 摘要: 针对传统耦合腔互易法校准水听器灵敏度时,水听器尺寸、材料受到限制,耦合腔体积参数在校准不同水听器时需要每次测定等问题,进一步提升耦合腔互易法校准的准确度。开展了转移耦合腔互易法校准技术研究,详细介绍并推导了转移耦合腔互易法校准水听器灵敏度的原理,设计并研制了参考耦合腔和转移耦合腔。其中,转移耦合腔包括三换能器转移耦合腔和四换能器转移耦合腔。在此基础上,基于转移耦合腔互易法校准原理构建了转移耦合腔互易法校准标准装置。在20 Hz~2 kHz频率范围,分别采用三换能器转移耦合腔和四换能器转移耦合腔开展了标准水听器校准实验研究,对比了两个转移耦合腔校准的结果,具有很好的一致性,并对校准结果的测量不确定度进行了评估。为验证校准结果的准确性,与低频水声声压基准的校准结果进行了比较。结果表明,校准结果偏差绝对值最大为0.5 dB,小于比对装置总的不确定度,因此转移耦合腔互易法校准结果是准确的,测量不确定度达到0.4 dB(k=2)。通过采用参考耦合腔和转移耦合腔相结合的方式,解决了传统耦合腔互易法校准中存在的问题,进一步提升了校准的准确度,为更高等级低频水声标准的研制奠定了基础。
  • 图  1  参考耦合腔示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of reference coupler

    图  2  转移耦合腔示意图(三换能器)

    Figure  2.  Schematic diagram of transfer coupler (three-transducer type)

    图  3  转移耦合腔示意图(四换能器)

    Figure  3.  Schematic diagram of transfer coupler (four-transducer type)

    图  4  转移耦合腔互易法校准系统组成框图

    Figure  4.  Block diagram of the transfer coupler reciprocity calibration system

    图  5  参考耦合腔和转移耦合腔实物图

    Figure  5.  Pictures of reference and transfer couplers

    图  6  水听器校准装置

    Figure  6.  Calibration facility for hydrophones

    图  7  三换能器转移耦合腔校准结果及对比

    Figure  7.  Comparison of calibration results using a three-transducer coupler

    图  8  四换能器转移耦合腔校准结果及对比

    Figure  8.  Comparison of calibration results using a four-transducer coupler

    表  1  RHC14水听器转移耦合腔互易法灵敏度校准结果

    Table  1.   Results of RHC14 hydrophone sensitivity calibration using transfer coupler reciprocity method

    f/Hz M1/dB M2/dB (M2M1 )/dB
    20 −201.3 −201.3 0
    25 −201.4 −201.3 0.1
    31.5 −201.6 −201.4 0.2
    40 −201.5 −201.3 0.2
    63 −201.8 −201.4 0.4
    80 −201.7 −201.5 0.2
    100 −201.7 −201.4 0.3
    125 −201.5 −201.6 −0.1
    160 −201.8 −201.4 0.4
    200 −201.8 −201.5 0.3
    250 −201.7 −201.3 0.4
    315 −201.8 −201.3 0.5
    400 −201.7 −201.3 0.4
    500 −201.6 −201.3 0.3
    630 −201.5 −201.2 0.3
    800 −201.6 −201.2 0.4
    1000 −201.2 −201.1 0.1
    1250 −200.9 −201.1 −0.2
    1600 −201.2 −201.1 0.1
    2000 −201.3 −201.2 0.1
    下载: 导出CSV

    表  2  RHC14水听器灵敏度校准重复性结果

    Table  2.   Repeatability results of RHC14 hydrophone sensitivity calibration

    f/Hz M1/dB M2/dB M3/dB M4/dB M5/dB M6/dB Sn/dB uA/dB uA/%
    20 −201.3 −201.3 −201.1 −201.4 −201.3 −201.4 0.11 0.04 0.52
    25 −201.4 −201.1 −201.3 −201.4 −201.4 −201.2 0.13 0.05 0.60
    31.5 −201.6 −201.4 −201.3 −201.6 −201.4 −201.4 0.12 0.05 0.58
    40 −201.5 −201.5 −201.5 −201.3 −201.3 −201.3 0.11 0.04 0.52
    63 −201.8 −201.6 −201.6 −201.6 −201.8 −201.9 0.13 0.05 0.63
    80 −201.7 −201.6 −201.4 −201.5 −201.4 −201.6 0.12 0.05 0.57
    100 −201.8 −201.7 −201.7 −201.5 −201.8 −201.7 0.11 0.04 0.52
    125 −201.7 −201.4 −201.7 −201.6 −201.7 −201.6 0.12 0.05 0.55
    160 −201.6 −201.5 −201.3 −201.6 −201.5 −201.4 0.12 0.05 0.55
    200 −201.5 −201.5 −201.2 −201.3 −201.4 −201.5 0.13 0.05 0.60
    250 −201.4 −201.1 −201.4 −201.2 −201.2 −201.4 0.13 0.05 0.63
    315 −201.6 −201.4 −201.6 −201.3 −201.6 −201.5 0.13 0.05 0.60
    400 −201.9 −201.8 −201.6 −201.7 −201.7 −201.6 0.12 0.05 0.55
    500 −201.7 −201.7 −201.5 −201.5 −201.6 −201.6 0.09 0.04 0.42
    630 −201.5 −201.6 −201.5 −201.4 −201.7 −201.7 0.12 0.05 0.57
    800 −201.6 −201.4 −201.4 −201.7 −201.4 −201.4 0.13 0.05 0.63
    1000 −201.2 −201.2 −201.5 −201.3 −201.4 −201.2 0.13 0.05 0.60
    1250 −200.9 −201.0 −201.1 −200.9 −200.9 −201.0 0.08 0.03 0.38
    1600 −201.2 −201.4 −201.5 −201.2 −201.2 −201.4 0.13 0.05 0.63
    2000 −201.3 −201.3 −201.4 −201.4 −201.1 −201.3 0.11 0.04 0.52
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    表  3  三换能器转移耦合腔灵敏度结果比对

    Table  3.   Comparison of sensitivities using three-transducer transfer coupler

    f/Hz M1/dB M0/dB (M1M0)/ dB
    20 −201.3 −201.5 0.2
    25 −201.4 −201.5 0.1
    31.5 −201.6 −201.2 −0.4
    40 −201.5 −201.4 −0.1
    63 −201.8 −201.3 −0.5
    80 −201.7 −201.5 −0.2
    100 −201.7 −201.5 −0.2
    125 −201.5 −201.4 −0.1
    160 −201.8 −201.6 −0.2
    200 −201.8 −201.6 0.3
    250 −201.7 −201.5 −0.2
    315 −201.8 −201.5 −0.3
    400 −201.7 −201.3 −0.4
    500 −201.6 −201.5 −0.1
    630 −201.5 −201.4 −0.1
    800 −201.6 −201.2 −0.4
    1000 −201.2 −201.4 0.2
    1250 −200.9 −201.4 0.5
    1600 −201.2 −201.3 0.1
    2000 −201.3 −201.2 −0.1
    下载: 导出CSV

    表  4  四换能器转移耦合腔灵敏度结果比对

    Table  4.   Comparison of sensitivities using four-transducer transfer coupler

    f/Hz M2/dB M0/dB (M2M0)/dB
    20 −201.3 −201.5 0.2
    25 −201.3 −201.5 0.2
    31.5 −201.4 −201.2 −0.2
    40 −201.3 −201.4 0.1
    63 −201.4 −201.3 −0.1
    80 −201.5 −201.5 0
    100 −201.4 −201.5 0.1
    125 −201.6 −201.4 −0.2
    160 −201.4 −201.6 0.2
    200 −201.5 −201.6 0.1
    250 −201.3 −201.5 0.2
    315 −201.3 −201.5 0.2
    400 −201.3 −201.3 0
    500 −201.3 −201.5 0.2
    630 −201.2 −201.4 0.2
    800 −201.2 −201.2 0
    1000 −201.1 −201.4 0.3
    1250 −201.1 −201.4 0.3
    1600 −201.1 −201.3 0.2
    2000 −201.2 −201.2 0
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-20
  • 录用日期:  2023-12-04
  • 修回日期:  2023-12-10
  • 网络出版日期:  2023-12-15

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