低频水声声压校准测试系统的设计

水声声压是声学测量中应用最广泛的参数，对声压的测量又是通过测量水听器的声压灵敏度来完成的。声学计量检定系统中对低频水声声压灵敏度的校准有多种方法，应用振动液柱法校准低频水听器的声压灵敏度是常用方法之一。伴随着新型器件、新材料和数据采集器的应用，笔者根据振动液柱法的数学模型，初步设计了一套测试系统。本文给出测试系统实现原理和系统框图，并对其不确定度进行了分析评定，同时给出测试系统能达到的技术指标。     

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％)。     

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。     

高静水压下自由场水声声压标准装置的研究

为了精确测量高静水压下自由场中的水声信号,在高压消声水池系统基础上建立了高静水压下自由场水声声压标准装置.装置由水声信号发射系统、电声信号测量系统、控制和管理系统及互易测量构件设备所组成,能够在2～200 kHz频率范围内,0.1～10 MPa静水压力下用球面波互易校准原理校准标准水听器的自由场灵敏度,校准值的扩展不确定度为0.8 dB(P=95%).     

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。     

高静水压下标准水听器的自由场灵敏度校准

根据球面波互易原理，建立了基于高压消声水罐的标准水听器自由场灵敏度校准系统。利用该系统，在常压到10MPa不同静水压力下和2-200 kHz频率范围内，分两个频段校准了两只标准水听器的自由场灵敏度，并将其在常压下校得的灵敏度数据与利用“1-200kHz水声声压计量标准装置”校得的数据进行比较，结果非常接近，说明该系统的校准数据是正确的，并具有很高的精度。     

仿真耳的高频校准

仿真耳是听力计量的主要仪器之一,为满足听力计在8~16 k Hz高频范围内的计量需求,须对仿真耳进行高频校准。通过适配器的使用,解决了仿真耳高频校准中存在的测量结果不稳定的问题。同时,针对仿真耳中传声器声压灵敏度级和仿真耳声耦合腔声学特性这两项主要技术指标,建立了8~16 k Hz频率范围内的自动测量系统,对其进行测量。测量结果表明声压灵敏度级的标准偏差小于0.2 d B,表征耦合腔声学特性的频响测量标准偏差小于0.3 d B。     

量值传递过程中低频振动标准装置的测量不确定度分析

本文依托河南省计量科学研究院振动室设计的低频振动标准装置,通过长期的操作实践和分析,对低频振动加速度传感器的校准原理和校准装置进行了介绍和分析,并结合经验对不确定度来源进行分析,根据不确定度评定方法对低频振动校准装置进行了不确定度评定,从而提高低频振动加速度计在计量检定的过程中的准确度,对开展相关计量机构具有一定的参考意义。     

以地震波作为激励信号校准拾振器灵敏度

针对各种测振仪器的校准问题,以地震波作为校准激励信号,对振动比较法校准进行了研究。分析了校准的影响因素,对地震波复现进行了较为详细的研究,在中国地震局工程力学研究所振动计量开放实验室的水平向低频标准振动台上,利用选取的几组地震波实际进行了地震波复现实验,计算了地震波复现的相关系数,结果表明相关系数在0.95以上,较好的实现了地震波复现。最后利用几组不同的地震波作为激励对拾振器灵敏度进行了校准,并和激光绝对法校准结果进行了对比,两种方法获得的灵敏度结果一致性较好。该方法对未来地震仪器的校准提供了一种可供选择的途径。     

水声测量用声脉冲瞬态抑制方法的理论研究

水声测量用声脉冲瞬态抑制方法是根据所希望的发射信号对换能器等效电路进行反向推导,得到解析的激励电压波形,用该电压波形激励换能器,可在小空间水域中得到无瞬态过程的声压波形,用于对低频换能器的校准或声学材料性能的测量。     

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。     

风电用低频结构振动监测仪的校准方法

介绍了一种基于MEMS原理的风电用低频结构振动检测仪,根据低频结构振动监测仪的工作原理和实际使用情况,提出了一种基于低频振动传感器校准装置的加速度灵敏度幅值、灵敏度幅值线性的校准方法,解决了这种风电用低频结构振动监测仪量值溯源问题。试验结果和不确定度评定结果表明,该方法能够满足量值传递要求。     

低频、超低频振动计量技术的研究与展望

介绍了低频、超低频振动计量的主要应用领域,在国内外研究现状的基础上,指出低频、超低频振动计量包含三个关键性问题,即控制系统中测振传感器,精确地实施校准以及优良的测振技术,供广大技术人员借鉴参考.     

便携式水声传感器测试系统的设计与实现

针对声引信中水声传感器灵敏度检测的实际要求,设计一套基于虚拟仪器技术的便携式水声传感器测试系统。水声传感器测试装置采用压电振动法,利用虚拟仪器设计软件Lab VIEW进行数据的采集、处理和系统用户界面的设计;并采用数字锁相放大技术对采集的数据进行微弱信号处理,以获得传感器输出信号。通过对某型水声传感器在10~5 000 Hz间9个频率点的声压灵敏度测试,结果表明:该水声传感器测试系统测试精度高,并且具有操作简单、便于携带的优点,适用于工业现场对水声传感器性能的测试。     

柱坐标系下浅海传播声场时域有限差分预报方法

直角坐标系下的时域有限差分方法在水声传播仿真时由于计算量太大而较少应用。文章利用时域有限差分方法推导了柱坐标系下的声波方程的近似表达式,结合复频移完全匹配层建立浅海声传播模型,在减少计算量的同时准确预报了传播信号声压的时域波形、传播声场的时空演变过程以及频域传播损失曲线。在柱坐标系下使用时域有限差分方法仿真Pekeris传播环境声场并与简正波和波数积分模型进行对比,分析了时域有限差分水声传播模型的适用范围。结果表明,时域有限差分方法仿真浅海中近程传播声场精度较高。模型的稳定性与时间和空间网格大小有关,声源频率越高,空间和时间网格划分越小,计算量越大。数值离散带来的频散误差累积会导致远场传播声场计算不准确,因此时域有限差分水声传播模型更适用于低频中近程声场计算。     

基于声压振速联合信息处理的测向方法研究

本文研究了基于压差式矢量传感器声压振速联合信息处理的低频水声目标被动声测向算法,该方法综合利用了目标声场的声压和振速信息,有效的解决了小尺寸和低频条件下的高精度被动声测向,最后用实测的潜艇噪声数据进行了计算机仿真,并在消声水池对压差式矢量传感器的指向性进行了测试,获得了比较满意的结果     

平面波耦合腔中热传导和声泄漏对低频互易校准的影响

针对低频耦合腔互易校准中存在的热传导和声泄漏问题,通过理论计算和不同长度耦合腔的系列实验研究,探讨其对互易校准结果的影响规律。首先阐述了互易校准原理及电容传声器低频时的频响特征,传声器均压孔在声场外时,低频声压灵敏度随着频率降低而逐渐增加;其次,对发射传声器-耦合腔-接收传声器构成的耦合腔系统中的热传导修正因子进行计算,结果表明,随着耦合腔长度变长,热传导修正因子变小,不确定度分量变小;通过不同长度的耦合腔组成的互易校准系统研究声泄漏的影响并探讨其优化方案,实验结果表明,10 mm和15 mm耦合腔对互易校准结果影响较小,重复性高,该实验结果与传声器的低频响应特性一致。     

大型客车车身振动和声学特性分析

为了解决客车车身振动导致乘员室产生低频噪声的问题,在对车身骨架结构、车室腔体进行模态特性分析和对车身结构进行频响分析的基础上,运用边界元法对车室进行声场分析和车身板块贡献度分析,进而找出车内噪声声压峰值处所对应的振动频率及该峰值下的“噪声源”板块,提出对车身结构的修改建议。     

非刚性管中换能器灵敏度的测量方法研究

为实现非刚性管中的换能器低频灵敏度校准,提出了基于互易常数修正的管中灵敏度校准方法。首先,基于管中非刚性边界条件和声压的方程进行了互易常数的推导及修正,并围绕管中互易常数的修正开展了仿真分析,得到测量频率段互易常数的修正值;其次,搭建实验系统开展了基于互易法的管中换能器的灵敏度测量研究。研究表明,管中互易常数的修正使互易换能器灵敏度值更加接近自由场互易法测得的灵敏度值。在0.5~4kHz 频率范围,补偿后的互易换能器灵敏度级最大起伏为-1.41dB,极大改善了未修正的测量情况,与自由场测量值的误差较小,符合声学计量要求。通过对实验与仿真进行对比分析,验证了该方法的有效性和准确性。