低频水声计量校准方案实现

为解决水声测量设备（水听器、换能器）低频段的量值传递问题,利用振动液柱法建立水声低频校准装置是可行方案。本文在分析一维声传输线分析理论基础上,得出当校准信号频率甚低时,声压灵敏度等同于自由场电压灵敏度,在此基础上建立的频率范围在20Hz～2kHz的低频水声计量校准方案,其核心控制单元为基于国防专利技术研制的振动液柱校准控制仪,本文介绍了低频水声计量校准方案的系统组成,给出了标准振动台及控制仪的设计方案,成功解决了低频水声信号的低频滤波、小信号采集、小失真功率放大等棘手问题,实现了低频水声声压灵敏度参数的自动化计量测试。     

矢量水听器自动校准系统的研究及实现

研制的矢量水听器自动校准系统在水声计量领域具有重要的应用价值,能够实现低频范围内矢量水听器的自动校准。利用动态信号采集卡采集被测信号和标准水听器的输出信号,对驻波管内的声场分布进行了测量分析,对系统的测量不确定度进行了分析评定,对声压灵敏度进行了比对测试。该系统校准矢量水听器的扩展不确定度为1.6dB。     

基于溢流环换能器液腔的水听器校准系统

针对溢流环换能器液腔振动表现出的优秀低频特性,提出利用溢流环换能器液腔内部声场进行低频校准的校准方法。首先分析了溢流环换能器液腔特性,并在现有刚性罐体的基础上,构造出了一套无须激振台,以溢流环换能器为低频声源,溢流环换能器液腔为两端开口振动液柱的低频比较法校准系统。通过实验测量确定了液柱高度为15 cm处的圆心位置为最佳的比较法测量点,实验测试该点在100~1400 Hz频段的径向声压变化不超过5%。对Ф20 mm球型水听器进行比较法测量,在100~1000 Hz频段的测量结果与标准校准结果最大偏差为0.8 dB,测量不确定度为1 dB。结果表明,以溢流环液腔为基础构造的低频校准系统是可行的。     

水声材料构件声学特性参数行波管校准装置

发展了一种基于行波管测量技术的水声材料构件声学特性校准装置,行波管内径为Φ208mm,最高静水压为6MPa,在实验室模拟海洋水温、水压环境下对诸如声障板、消声瓦、隔声瓦等水声材料构件样品的反射系数、透射系数和吸声系数实施100~4000Hz频率范围内的校准/测试。行波管两端分别配置一对耐压低频发射器,采用主动消声技术,先在管中建立起行波声场,管壁上的8只水听器采集样品两边的反射和透射声场,由双水听器传递函数法得到严格定义的样品声压反射系数和声压透射系数。通过对标准样品的实际测量结果和理论计算值进行比较验证了校准装置的校准/测试性能。     

中俄在250 Hz～200 kHz频段的水声声压比对校准

2009年9月至2010年6月,利用B&K 8104和TC 4033水听器作为比对校准用标准水听器,杭州应用声学研究所和俄罗斯国立物理技术与无线电工程测量研究院之间开展了250 Hz～200 kHz频段水声声压的比对校准。尽管中俄双方所使用的测量方法、校准技术和测量装置不同,但双方的校准结果非常一致,最大的偏差只有0.36 dB。经中俄双方专家讨论和分析后一致认为,两个部门在该频段内校准水声声压所采用的测量方法和校准技术是正确的,测量装置给出的校准结果是精确、可靠的。     

矢量水听器低频绝对校准装置研究

提出了矢量水听器低频绝对校准装置。首先给出了矢量水听器绝对校准的原理,通过测量声源辐射面的加速度,利用驻波管中平面驻波声场中的声压、质点振速和质点加速度在垂直方向上的分布规律,得出了校准计算公式;之后对校准装置中平面驻波场在垂直方向上的分布规律进行了测量验证,并对测量用加速度计进行了校准;最后对待校矢量水听器的灵敏度和指向性进行了测试。结果表明:在10~315 Hz频带内,矢量水听器低频绝对校准装置在±1 d B误差允许范围内,可用于矢量水听器的绝对校准。     

0.01～1 Hz水声声压标准装置的研究

为了精确测量和分析低于1Hz频率的甚低频水声信号，建立了0．01～1Hz水声声压标准装置。装置由声压生成系统、正弦振动系统和电子测量与控制系统所组成，采用静水压激励法产生0．01～1Hz频率范围内变化的声压。在低频段的声压值为195．86Pa。在高频段的声压值由于受振动惯性力的影响，随频率的增高而减小，但通过对等效高度的精确求定也可精确已知。装置可直接校准甚低频水听器的开路电压灵敏度值，校准值的扩展不确定度为0．3dB(P=95％)。     

大尺寸水听器低频灵敏度测量研究

针对现代水声设备低频、大尺寸的发展趋势和灵敏度测试需求,对大尺寸水听器的低频灵敏度测量进行了研究。介绍了大尺寸水听器低频灵敏度的测量原理、系统构成,并对测试结果进行分析。     

基于校准腔的线列阵幅度相位一致性校准方法研究

本文给出基于校准腔的水听器线列阵的校准原理和方法,通过搭建基于振动液柱校准腔和柱状换能器校准腔的实验系统进行实验验证,可对低频段20Hz～1kHz和高频段800Hz～10kHz的水听器线列阵的相幅一致性进行校准,并对其扩展不确定度进行分析。     

DFB光纤激光器声致弯曲振动研究

对利用DFB（分布反馈式）光纤激光器进行水声探测时的弯曲振动问题进行了分析与实验研究。总结了采用非平衡干涉仪解调系统解调的DFB光纤激光水听器的声压灵敏度计算公式;基于梁的弯曲理论,通过数值方法计算了两端固定的DFB光纤激光器在50Hz～2000Hz频率范围内的声压灵敏度,绘制了该频率范围内的频响曲线：采用振动液枉法对一支DFB光纤激光器在该频率范围内进行了实验研究,实验数据具有良好的可重复性,实验结果与理论分析吻合。表明了细长型结构的DFB光纤激光器在水声场中很容易由于弯曲振动而引入较大的非声压振动的干扰信号,影响其水声探测性能,有必要在DFB光纤激光水听器探头的设计中考虑这一因素。     

基于矢量水听器阵的恒定束宽波束形成器的原理与设计

摘要：在对水下目标进行探测识别的应用中，一般要求声纳系统具备在较宽频带内形成恒定束宽波束的能力：过去对声纳恒定束宽波束形成器的研究一直针对声压水听器阵，近来随着对矢量水听器认识的深入，开展基于矢量水听器阵的恒定束宽波束形成器研究越发变得必要。本文正是体现了作者在这一方面的阶段性研究成果。文中首先介绍了单个矢量水听器的指向特性，接着提出了矢量水听器阵宽带恒定束宽波束形成器的实现原理和设汁方法，并以均匀等间距线阵为例，给出了获得实现恒定束宽算法所需频域加权矩阵的步骤，之后又进一步给出了恒定束宽算法的频域实现流程，并通过计算机仿真验证了其有效性：     

降低双层加肋圆柱壳低频噪声的声学设计技术

通过增大双层加肋圆柱壳的刚度降低低频噪声，使用数值仿真技术，评价结构的声学性能，发现增大双层加肋圆柱壳结构刚度，可在低频段有限频率范围降低结构的振动与声辐射。采用增大局部结构刚度的方法，对于降低水下结构的局部振动与低频噪声辐射效果显著。     

中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构设计

针对同振型矢量水听器后期悬挂金属弹簧或橡胶绳给使用者带来不便的问题,提出一种中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构的设计方案。通过矢量水听器振动系统对其声学特性进行分析,通过ANSYS有限元软件,利用Mooney-Rivlin理论对圆环形橡胶弹簧在压缩情况下的水平剪切刚度进行仿真计算,分析了Rivlin参数对橡胶弹簧剪切刚度的影响,并研制出矢量水听器样机。在1000~4000 Hz频率范围内,对矢量水听器进行了测试,并给出了测试结果。在1 k Hz时,声压灵敏度为-195 d B,指向性凹点深度大于20 d B。测试结果表明,此种设计免除了反复悬挂金属弹簧或橡胶绳带来的负面效应。     

基于Langevin型随机共振的水中目标线谱检测

将Langevin型双稳态随机共振系统应用于水声时变线谱信号的检测，提出了设计水声线谱检测系统可以利用的外在参数。在水听器端建立了时变线谱模型，考查了随机共振系统对水声环境的适应能力。实验发现在信噪比变化、声压起伏、线谱漂移等情况下，系统都能较好的工作，为水声领域新型线谱检测系统的设计提供了依据。     

MEMS矢量水听器声压通道封装技术研究

为了更全面地获取水下声场信息,微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）矢量水听器常需集成声压敏感通道来提升单个换能器性能,MEMS矢量水听器的敏感芯片采用的是MEMS工艺制备完成,其封装必须与水隔离,传统的橡胶灌封方式会破坏MEMS敏感芯片的机电性能,故MEMS敏感芯片常采用油封的方式,如硅油/蓖麻油。相反,对于MEMS矢量水听器声压通道的封装技术却不尽相同。文章选择给定尺寸的沿径向极化的压电陶瓷圆环,针对低频5～2 000 Hz的探测频带需求,对比了两种不同封装形式,即聚氨酯密封和硅油作为耦合剂的聚氨酯密封,对声压通道接收灵敏度的影响规律。首先,建立了四种仿真模型,分析了不同形式下,接收灵敏度的变化规律。接着,设计了聚氨酯灌封和硅油耦合聚氨酯密封两种封装结构,并制备了实物。最后在驻波管中对两种封装形式的压电陶瓷圆环进行了接收灵敏度标定。结果显示,聚氨酯灌封和硅油耦合聚氨酯密封对声压通道的接收灵敏度特性影响不大,实操过程中要注意两种方式的工艺复杂度区别。     

矢量水听器在水声通信系统中的应用

将矢量水听器应用于水声通信系统,利用矢量水听器的指向性屏蔽强干扰。建立了基于矢量水听器的多载波正交频分复用(OFDM)系统模型,对各向同性噪声场中矢量水听器的增益进行了推导,为抑制相干干扰提供了新的解决方案,并进行了仿真验证。仿真研究表明,该方案能够有效地增强系统的抗各向同性干扰的能力,达到提高信噪比的目的,降低了误码率,增加了系统的稳健性。湖上试验验证了该方法的有效性,表明基于矢量水听器的水声通信系统可为实现高速水声通信提供一种有效的途径。     

主动隔振与水下声辐射控制的实验研究

建立一个包括有机玻璃水箱和主动隔振器的实验系统,研究主动隔振对降低结构振动及其声辐射的有效性。实验模型的建立是基于流固耦合系统的有限元分析和局部模态测试,通过数值分析确定辐射面的振动模态以及辐射声场分布。扰动源的干扰频率接近辐射面固有频率,在水中形成共振状态下的辐射声场。扰动源采用四点主动隔离,四个电磁作动器同时控制并采用自适应对消算法,抑制扰动源周期性干扰引起的振动。实验结果表明主动隔振能够明显降低平板的辐射声压。