一种高静水压低频校准腔体及测试方法技术

本发明专利技术公开了一种高静水压低频校准腔体及测试方法，主要包括金属腔体、发射换能器、互易换能器、手动压力泵和压力表，金属腔体为一圆柱形密闭的不锈钢腔体，内部充满传声介质，金属腔体内安装有发射换能器、互易换能器和被测水听器，发射换能器和互易换能器安装在金属腔体内两侧对称位置；手动压力泵通过进液阀门与金属腔体相连通，用于向金属腔体内施加高静水压力，进液阀门用于金属腔体与手动压力泵连通或隔离；金属腔体内的排液孔与排液阀门相连通，压力表用于监控金属腔体内的压力。本发明专利技术有益的效果：被测水听器与互易换能器通过比较法可测试水听器低频接收灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，主要包括金属腔体、发射换能器、互易换能器、手动压力泵和压力表，金属腔体为一圆柱形密闭的不锈钢腔体，内部充满传声介质，金属腔体内安装有发射换能器、互易换能器和被测水听器，发射换能器和互易换能器安装在金属腔体内两侧对称位置；手动压力泵通过进液阀门与金属腔体相连通，用于向金属腔体内施加高静水压力，进液阀门用于金属腔体与手动压力泵连通或隔离；金属腔体内的排液孔与排液阀门相连通，压力表用于监控金属腔体内的压力。本专利技术有益的效果：被测水听器与互易换能器通过比较法可测试水听器低频接收灵敏度。【专利说明】
本专利技术涉及水声测量领域，是。
技术介绍
地球上大约3/4的面积为海洋，在陆地资源日益匮乏、某些资源使用殆尽的今天，世界各国都把目光投向了广阔的海洋，特别是深海。海洋资源的探测、开发利用是今后若干年发展的重点。2012年6月24日，由我国自主研发、具有自主知识产权的首个7000米载人深海潜水器“蚊龙”号，在下潜试验中下潜深度达7020米，突破了 7000米水深大关，创造了中国载人深潜的新历史。如何对“蚊龙”号等深潜器搭载的声学传感器进行高静水压下的性能校准显得尤为急迫。声学探测(如利用深水拖曳阵声纳、深水ADCP声纳探测等)，是深海资源探测手段的重要组成部分。对这些声学系统和深水换能器在实际使用条件下声学性能的校准是十分必要的。声波测井是石油测井的一个重要手段，声波测井仪在井下几千米的环境下工作，安装在测井仪上的声学传感器同样承受着几十兆帕的静水压力，准确测试其在高静水压环境下的性能，同样是一项非常有意义的工作。 对水听器低频接收灵敏度进行校准的方法有:振动液柱法、压电补偿法、耦合腔互易法等。振动液柱法是通过振动加速度的测量来求定标准水听器声压灵敏度的方法，适合于常压下的低频灵敏度校准。压电补偿法原理为:在一个充水的刚性小水腔中放置两个换能器，一个是源换能器，另外一个是补偿换能器。当源换能器受电信号Ds激励时，在水腔中产生声压P。若腔体尺寸远小于水中声波波长，可认为腔中声压P是处处相等的。待测水听器置于腔中，在声压P的作用下产生开路电SUH(I。根据定义，水听器的声压灵敏度为M =UhoZp，因此只要求P值，就可得到M。补偿换能器的工作面在源换能器产生的声压P作用下发生振动。这时如果用一个与Ds同频率的电信号D。激励补偿换能器，并调节D。的幅度与相位使它的工作面停止振动，则补偿换能器在电信号D。作用下会在腔中产生相同值的声压P。补偿换能器工作面是否停止振动，在源换能器不工作的情况下，由附着在补偿换能器上的位移监测器判断。通过一系列的推导计算，可得到被测水听器声压灵敏度。补偿法是一种灵敏度的绝对校准方法，测试过程比较复杂，同样只适合于常压下低频灵敏度校准。以上方法建立的测试装置，构成复杂，测量程序和装置维护比较繁琐。 在国内，耐高静水压低频研究较少，国防科技工业水声一级计量站建立的高压消声水池能校准水听器接收灵敏度，频率范围2kHz?200kHz，最高静水压lOMPa，不能解决低频灵敏度校准问题。哈尔滨工程大学和国防科技工业水声一级计量站均建立的耦合腔校准系统，测试频率范围20Hz?2kHz，最高静水压高达lOMPa，仍然远远不能满足50MPa甚至更高静水压的需要，受腔体及发射换能器的限制，提高耐压能力难度极大。本专利技术主要从耐高压腔体设计及耐高压换能器入手，建立耐高压的比较法校准装置，具有构成简单、易于操作和维护的特点，实现最高达70MPa高静水压下的低频灵敏度校准。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供，主要是一种柱形耐高压金属密封腔体，腔内充满传声介质(如水、甲基硅油、蓖麻油等)，在腔体内部装有压电发射换能器，在信号源和功放推动下，在介质中产生所需的高信噪比、稳定的低频均匀声场，被测水听器与互易换能器通过比较法可测试水听器低频接收灵敏度。利用手动压力泵向金属腔体内注入液体，在腔体内形成稳定的高静水压环境，从而实现了高静水压条件下的低频灵敏度测量。 本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的。这种高静水压低频校准腔体，主要包括金属腔体、发射换能器、互易换能器、手动压力泵和压力表，金属腔体为一圆柱形密闭的不锈钢腔体，内部充满传声介质，金属腔体内安装有发射换能器、互易换能器和被测水听器，发射换能器和互易换能器安装在金属腔体内两侧对称位置；手动压力泵通过进液阀门与金属腔体相连通，用于向金属腔体内施加高静水压力，进液阀门用于金属腔体与手动压力泵连通或隔离；金属腔体内的排液孔与排液阀门相连通，压力表用于监控金属腔体内的压力；所述的金属腔体，主要包括罐体、盖体、封头、升降杆、长手柄和短手柄，封头通过升降杆与短手柄相连接，盖体设置在封头上并与长手柄相连接，罐体和盖体采用多圈梯形承压螺纹连接，罐体采用带“O”形密封圈封头密封，罐体的空腔内设有发射换能器、互易换能器和被测水听器。 所述互易换能器与发射换能器结构形式相同，用于校准时作为比较标准使用；所述的发射换能器主要包括金属支撑结构、耐高压去耦件、压电陶瓷半球、防水透声层和水密电缆，用于产生低频宽带声信号；压电陶瓷半球引出两根导线与水密电缆相连接，压电陶瓷半球采用发射型压电陶瓷PZT4或大功率压电陶瓷PZT8，形状为半球壳形，耐高压去耦件设置在压电陶瓷半球内部，防水透声层设置在压电陶瓷半球外部。 这种采用高静水压低频校准腔体的测试方法，该方法包括如下步骤:校准测试过程:转动短手柄及长手柄将封头及盖体提升，直至盖体完全脱离罐体，将盖体移走；在罐体中安装被测水听器，安装完成后向罐体内注入液体至排液孔位置，进液阀门和排液阀门保持打开；移回盖体对准罐体口中心，转动长手柄将承压螺纹旋入，转动短手柄，使封头降至罐体密封面位置；转动长手柄至承压螺纹底端；拧紧排液阀门，上下摇动手动压力泵开始加压，当压力表指示压力达到测试所需静水压时，停止加压，关闭进液阀门；利用信号源及功放为发射换能器提供激励信号，发射换能器在金属腔体内产生均匀声压，通过测试被测水听器及互易换能器的开路电压即可计算被测水听器接收灵敏度，完成测试后，缓慢开启进液阀门及排液阀门，使金属腔体内压力为零，打开盖体取出被测水听器，测试过程结束。 本专利技术的有益效果为: (I)本专利技术一种高静水压低频灵敏度校准腔体，发射换能器采用耐高压去耦材料，去耦材料的最高耐压强度为70MPa，保证发射换能器在高静水压下工作结构不会破坏，同时有较好的去耦、隔振效果。 (2)本专利技术一种高静水压低频灵敏度校准腔体，发射换能器敏感元件采用压电陶瓷半球，换能器结构简单，可靠性高。半球形结构为球对称，承压能力强，体积小，适合在高静水压环境下使用。 (3)本专利技术一种高静水压低频灵敏度校准腔体，发射换能器与互易换能器采用环氧树脂灌注，与常用的氯丁橡胶硫化或聚氨酯胶灌注，更能保证腔体内的刚性条件，同时也起到防水透声的作用。 (4)本专利技术一种高静水压低频灵敏度校准腔，在金属腔体中，罐体和盖体采用多圈梯形承压螺纹连接，梯形螺纹承压强度高，保证金属腔体在高静水压下使用安全。罐体和封头采用带“O”形密封圈封头密封，高压密封性能良好，打开、关闭盖体操作方便。 (5)本专利技术一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高静水压低频校准腔体，其特征在于：主要包括金属腔体(1)、发射换能器(2)、互易换能器(3)、手动压力泵(4)和压力表(5)，金属腔体(1)为一圆柱形密闭的不锈钢腔体，内部充满传声介质，金属腔体(1)内安装有发射换能器(2)、互易换能器(3)和被测水听器(19)，发射换能器(2)和互易换能器(3)安装在金属腔体(1)内两侧对称位置；手动压力泵(4)通过进液阀门(18)与金属腔体(1)相连通，用于向金属腔体(1)内施加高静水压力，进液阀门(18)用于金属腔体(1)与手动压力泵(4)连通或隔离；金属腔体(1)内的排液孔与排液阀门(6)相连通，压力表(5)用于监控金属腔体(1)内的压力；所述的金属腔体(1)，主要包括罐体(12)、盖体(13)、封头(14)、升降杆(15)、长手柄(16)和短手柄(17)，封头(14)通过升降杆(15)与短手柄(17)相连接，盖体(13)设置在封头(14)上并与长手柄(16)相连接，罐体(12)和盖体(13)采用多圈梯形承压螺纹连接，罐体(12)采用带“O”形密封圈封头(14)密封，罐体(12)的空腔内设有发射换能器(2)、互易换能器(3)和被测水听器(19)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何涛，盛杰，费腾，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33