一种小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统及方法，整个测试系统由一个空气中能产生水听器灵敏度测试所需声场的腔体、减隔振系统及适合比较法测试所需仪器设备组成；整个空气声腔体利用不同形状与尺寸的腔体的组合设计来改变空气中声波的传播途径来实现对声波的控制，通过控制声波的传播途径和大小来获得校准水听器阵列灵敏度所需的声场。本发明专利技术利用空气中特定的声场设计，在空气中实现对水听器灵敏度的测量；利用比较法原理解决了水听器单元在空气中的测量所需声场与技术问题；利用特定的腔体设计技术实现在空气中对扬声器声场传播的控制，满足空气中水听器灵敏度测试所需，对现有水听器灵敏度水声测试有效补充。

A Sensitivity Measurement System and Method for Small-Size Hydrophone in Air

The invention discloses a small size hydrophone sensitivity air test system and method. The whole test system consists of a cavity in the air which can generate the sound field needed for hydrophone sensitivity test, a vibration isolation system and an instrument and equipment suitable for comparative test. The whole air acoustic cavity changes the propagation of sound wave in the air by the combination design of cavities of different shapes and sizes. By controlling the propagation path and size of acoustic wave, the sound field needed to calibrate the sensitivity of hydrophone array can be obtained. The invention realizes the measurement of hydrophone sensitivity in air by using specific sound field design in air; solves the sound field and technical problems needed for the measurement of hydrophone unit in air by using the principle of comparison method; realizes the control of sound field propagation of loudspeaker in air by using specific cavity design technology, satisfies the need of sensitivity test of hydrophone in air, and meets the need of existing hydrophone. Sensitivity underwater acoustic testing is an effective supplement.

【技术实现步骤摘要】
一种小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统及方法
本专利技术涉及水听器灵敏度空气中测量的领域，具体涉及一种小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统及方法。
技术介绍
随着水声技术的发展，水声应用频率逐渐向低频扩展。为了增加对水下目标的远程探测和预警能力，尤其是要解决对低噪声目标的有效探测。声纳阵正逐渐向低频、大孔径、高功率方向发展，为了在有限的空间内实现足够高的发射功率或足够大的接收灵敏度，在声纳阵的设计中阵元通常采用密排方式布阵。特别是现在型号声纳比如拖曳线列阵声纳与航空浮标声纳等都需要由很多单个的水听器阵元组成。在成阵前，都需要对这些水听器单元性能进行测量。这些低频水听器的工作频率一般在几十Hz到几kHz。由于水听器阵元低频性能的测试一般在振动液柱或密闭腔中进行，需要研制特定的腔体，构建特定的测试系统。而腔体的测试频率一般在1kHz以下，而1kHz以上的频率需要在自由场中进行，按照远场条件：d＝(a)2/λ(d为远场标校距离；a为阵元的最大线度；波数λ＝2πf/c，f为工作频率，c为介质的声速)来布置声场。因此，通常低频水听器全频段内性能测试需要分别在腔体与自由场中进行。因此，低频水听器的排量测试是很难在实验室中进行。相对于水声领域，在空气中波长大约只有水中五分之一(水中为1500m/s,空气中为340m/s)。而且空气中的发射声源比较容易实现低频(比如音频声源都可以轻易工作到20Hz)。因此，需要通过特定的方法实现对空气中声波传播的控制建立水听器单元灵敏度测试所需的声场，满足水听器灵敏度空气中测量需求，实现对水声领域计量标校方法的有效补充。
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，而提供一种小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统及方法。本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的：这种小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统，整个测试系统由一个空气中能产生水听器灵敏度测试所需声场的腔体、减隔振系统及适合比较法测试所需仪器设备组成；整个空气声腔体利用不同形状与尺寸的腔体的组合设计来改变空气中声波的传播途径来实现对声波的控制，通过控制声波的传播途径和大小来获得校准水听器阵列灵敏度所需的声场，实现现场条件下在空气中对水听器灵敏度的测试；进行比较法测量水听器灵敏度时，需要定位机构及对测试时的声场进行实时监控，保证标准传感器比较法测试时前后定位的准确和测试时声场的稳定性。更进一步的，主要包括声校准腔体、测试腔体、被测阵元、监测加速度计、隔振系统、音频信号发生器、音频功率放大器、数据采集系统、数字示波器、触发信号以及比较法测试所需仪器设备，音频信号发生器通过连接音频功率放大器将信号传输给隔声箱的音频信号输入线，隔声箱为测试腔体并设置在声校准腔体中，隔声箱周围设置隔振系统进行隔振，隔声箱的声波传播通道内放置被测阵元，隔声箱上还连接有监测加速度计，监测加速度计和数字示波器连接，音频信号发生器产生触发信号给数据采集系统和数字示波器，被测阵元连接数据采集系统和数字示波器。所述声波发生腔，主要包括声波传播通道、音频信号输入线、扬声器、隔声箱，隔声箱由隔声层A、隔声层B、隔声材料层A、隔声材料层B相互间隔构成，隔声箱内部安装一个扬声器和连通扬声器与外界的声波传播通道，扬声器连接音频信号输入线并根据其传输的信号产生声波。所述声波发生腔在空气中产生水听器灵敏度测试所需声场。所述声校准腔体通过变截面的声管与不同直径声管的组合，通过对声波的扩散与汇聚的控制，实现对其声波传播路径与声波大小的控制。所述测试腔体利用不同形状与尺寸腔体的组合设计来改变空气中声波的传播途径从而实现对声波的控制，通过控制声波的传播途径和大小来获得校准水听器阵列灵敏度所需的声场。这种小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统方法，主要采用比较法测试，具体的测试原理采用标准传感器比较法，包括以下步骤：在辅助扬声器F发射的声波场中测定标准水听器P的转移阻抗后取出声场；把被测水听器X放入标准水听器P所在的声场中测量。整个空气声腔体利用不同形状与尺寸的腔体的组合设计来改变空气中声波的传播途径来实现对声波的控制，通过控制声波的传播途径和大小来获得校准水听器阵列灵敏度所需的声场，实现现场条件下在空气中对水听器灵敏度的测试；进行比较法测量水听器灵敏度时，需要定位机构及对测试时的声场进行实时监控，保证标准传感器比较法测试时前后定位的准确和测试时声场的稳定性。所述被测水听器X、标准水听器P的等效声中心重合在声场的同一点上使它们接受同样的声波场声压，并分别测定它们的转移阻抗，用标准水听器P作参考标准，校准时，将辅助扬声器F、被测水听器X、标准水听器P分别测量换能器对辅助扬声器F-标准水听器P，辅助扬声器F-被测水听器X的转移阻抗模|ZFP|和|ZFX|，则待校水听器的自由场灵敏度MX为：式中：|ZFP|＝|UFP/IF|，|ZFX|＝|UFX/I′F|-转移阻抗模；UFX-待测水听器X的开路电压；UFP-标准水听器P的开路电压；MP-标准水听器的自由场灵敏度；dFX-发射器F到待测水听器X声中心间的距离；dFP-发射器F到标准水听器P声中心间的距离。若校准时使IF＝I'F，则上式为：或用级表示：20lgMx＝20lgMp+20lgUFX-20lgUFP+20lgdFX-20lgdFP。具体测试有以下步骤：1)控制音频信号发生器16产生所需要的音频信号，通过音频功率放大器17放大信号驱动扬声器7工作；2)通过标准传感器(传声器或水听器)监测声校准腔体11内被测水听器X22布置位置(同一深度)处的声压，测量其开路电压；3)保持相同激励的条件下，在相同位置放置被测水听器X22，测量其接收到的开路电压。4)把测试数据代入公式：计算，获得被测水听器的灵敏度。所述步骤2)和3)的测量过程中，利用监测加速度计监测整个测试过程中声波传播特性以确保测试过程中系统状态的稳定性。所述比较法测试水听器灵敏度时，采用高精度定位机构对测试时的声场进行实时监控，保证比较法测试时前后定位的准确和测试时声场的稳定性。所述声场实时监控通过对声校准腔体的振动监测，确保比较法测试前后声校准腔体内声波发生的稳定与可靠，减少由于声场的差异所引起的测试误差。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术利用空气中特定的声场设计，在空气中实现对水听器灵敏度的测量；利用比较法原理解决了水听器单元在空气中的测量所需声场与技术问题；它利用特定的腔体设计技术实现在空气中对扬声器声场传播的控制，满足空气中水听器灵敏度测试所需，实现对现有水听器灵敏度水声测试的有效补充，由于实现方法简单有效，能用于小尺寸水听器单元生产现场的测试；整套测试装置简单，易于操作，可以在实验室或生产现场进行测试，值得推广。2、本专利技术是水听器灵敏度空气中测量方法，可以实现小尺寸水听器阵元灵敏度空气中测量需求，是低频水听器灵敏度水声测量方法的有效补充；利用专业研制的空气声校准腔体满足小尺寸水听器在空气中测试所需声场的需求，实现空气中对水听器阵元灵敏度的准确测量；通过利用比较法对空气中水听器灵敏度进行测试，可以得到水听器阵元间的幅度与相位灵敏度响应，实现水听器阵元间相幅一致性的测量；由于空气中测试系统比较容易实施，特别是低频时一次可以进行多个阵元的同时测试，比较适合大排量水听器灵敏度的测试，可以用于水听器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统，其特征在于：整个测试系统由一个空气中能产生水听器灵敏度测试所需声场的腔体、减隔振系统及适合比较法测试所需仪器设备组成；整个空气声腔体利用不同形状与尺寸的腔体的组合设计来改变空气中声波的传播途径来实现对声波的控制，通过控制声波的传播途径和大小来获得校准水听器阵列灵敏度所需的声场，实现现场条件下在空气中对水听器灵敏度的测试；进行比较法测量水听器灵敏度时，需要定位机构及对测试时的声场进行实时监控，保证标准传感器比较法测试时前后定位的准确和测试时声场的稳定性。

【技术特征摘要】
1.一种小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统，其特征在于：整个测试系统由一个空气中能产生水听器灵敏度测试所需声场的腔体、减隔振系统及适合比较法测试所需仪器设备组成；整个空气声腔体利用不同形状与尺寸的腔体的组合设计来改变空气中声波的传播途径来实现对声波的控制，通过控制声波的传播途径和大小来获得校准水听器阵列灵敏度所需的声场，实现现场条件下在空气中对水听器灵敏度的测试；进行比较法测量水听器灵敏度时，需要定位机构及对测试时的声场进行实时监控，保证标准传感器比较法测试时前后定位的准确和测试时声场的稳定性。2.根据权利要求1所述的小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统，其特征在于：主要包括声校准腔体(11)、测试腔体(12)、被测阵元(13)、监测加速度计(14)、隔振系统(15)、音频信号发生器(16)、音频功率放大器(17)、数据采集系统(18)、数字示波器(19)、触发信号(20)，音频信号发生器(16)通过连接音频功率放大器(17)将信号传输给隔声箱(10)的音频信号输入线(6)，隔声箱(10)为测试腔体(12)并设置在声校准腔体(11)中，隔声箱(10)周围设置隔振系统(15)进行隔振，隔声箱(10)的声波传播通道(1)内放置被测阵元(13)，隔声箱(10)上还连接有监测加速度计(14)，监测加速度计(14)和数字示波器(19)连接，音频信号发生器(16)产生触发信号(20)给数据采集系统(18)和数字示波器(19)，被测阵元(13)连接数据采集系统(18)和数字示波器(19)。3.根据权利要求1所述的小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统，其特征在于：所述声波发生腔(9)，主要包括声波传播通道(1)、音频信号输入线(6)、扬声器(7)、隔声箱(10)，隔声箱(10)由隔声层A(2)、隔声层B(3)、隔声材料层A(4)、隔声材料层B(5)相互间隔构成，隔声箱(10)内部安装一个扬声器(7)和连通扬声器(7)与外界的声波传播通道(1)，扬声器(7)连接音频信号输入线(6)并根据其传输的信号产生声波(8)；所述声波发生腔(9)在空气中产生水听器灵敏度测试所需声场。4.根据权利要求1所述的小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统，其特征在于：所述声校准腔体(11)通过变截面的声管与不同直径声管的组合，通过对声波的扩散与汇聚的控制，实现对其声波传播路径与声波大小的控制。5.根据权利要求1所述的小尺寸水听器灵敏度空气中测试系统，其特征在于：所述测试腔体(12)利用不同形状与尺寸腔体的组合设计来改变空气中声波的传播途径从而实现对声波的控制，通过控制声波的传播途径和大小来获得校准水听器阵列灵敏度所需的声场。6.一种小尺寸水听器灵敏度空气中测试方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：平自红，
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