一种水下管口外辐射噪声的测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种水下管口外辐射噪声的测量装置，所述装置包括：第一水听器(1)、第二水听器(2)，加速度计(3)，水声发射换能器(4)，采集设备(5)，驱动功放(6)和数据处理模块(7)；所述第一水听器(1)、第二水听器(2)构成距离为Δ的双水听器；双水听器通过管口伸入管道内部或者安装在管道内壁；所述加速度计(3)固定安装于管道外壳上；双水听器和加速度计(3)连接到采集设备(5)上；所述采集设备(5)的一路输出信号作为驱动功放(6)的输入信号，另一路输出信号进入采集设备(5)的第四个输入通道作为去噪参考信号；在观测点布放水声发射换能器(4)，所述驱动功放(6)用于驱动水声发射换能器(4)发声。

A Measuring Device and Method for Radiated Noise Outside the Nozzle of Underwater Pipe

The invention provides a measuring device for radiated noise outside an underwater pipe mouth, which comprises: a first hydrophone (1), a second hydrophone (2), an accelerometer (3), an underwater acoustic emission transducer (4), a acquisition device (5), a driving power amplifier (6) and a data processing module (7); a dual hydrophone with a distance of_is composed of the first hydrophone (1) and the second hydrophone (2); and a dual hydrophone extends through the pipe mouth. The accelerometer (3) is fixed on the casing of the pipeline; the double hydrophone and accelerometer (3) are connected to the acquisition device (5); one output signal of the acquisition device (5) is used as the input signal of the driving power amplifier (6), and the other output signal enters the fourth input channel of the acquisition device (5) as the denoising reference signal; and the observation point is placed. The driving power amplifier (6) is used to drive the sound of the underwater acoustic emission transducer (4).

【技术实现步骤摘要】
一种水下管口外辐射噪声的测量装置和方法
本专利技术涉及水下噪声处理领域，具体涉及一种水下管口外辐射噪声的测量装置和方法。
技术介绍
大型水下结构通常具有通海管口，通海管口是水下噪声主要辐射噪声源，测量分离单纯水管路噪声是制定水管路降噪措施的前提条件，但是水泵等水下管路噪声源开启后，其它动力设备也同时开启，管路系统包括管路振动通过壳壁结构的辐射噪声和管内水脉动力辐射噪声，由于管路结构噪声和管内水脉动力辐射噪声频谱相同，且相干性很强，常规方法无法分离。
技术实现思路
本专利技术是为了解决水下管口噪声难于分离测量的问题，提出一种水下管口外辐射噪声的测量装置，基于该装置，采用双水听器法测量管内对内声阻抗，管内对外声阻抗，利用互易法测量管内某点对管外某点的辐射格林函数，利用双水听器法测量管内体积速度，并依据辐射格林函数预测远场观察点的管路辐射声压，适用于管路声截止频率以下的外辐射噪声的测量。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种水下管口外辐射噪声的测量装置，所述装置包括：第一水听器1、第二水听器2，加速度计3，水声发射换能器4，采集设备5，驱动功放6和数据处理模块7；所述第一水听器1、第二水听器2构成距离为Δ的双水听器；所述双水听器通过管口伸入管道内部或者安装在管道内壁；所述加速度计3固定安装于管道外壳上；双水听器和加速度计3连接到采集设备5上；所述采集设备5的一路输出信号作为驱动功放6的输入信号，另一路输出信号进入采集设备5的第四个输入通道作为去噪参考信号，所述数据处理模块7与采集设备5连接，用于对采集设备5输出的数据进行处理；在观测点布放水声发射换能器4，所述驱动功放6输出端连接水声发射换能器4，用于驱动水声发射换能器4发声。一种基于上述的装置实现的水下管口外辐射噪声的测量方法，所述方法包括：步骤1)将所述水声发射换能器4放置在管外测量点发声，通过双水听器测量并计算管内第二水听器2放置点的声压和体积速度，获得管道内对内声阻抗；步骤2)开启管内声源发声，通过双水听器法测量并计算管内第二水听器2放置点的声压和体积速度，从而计算管道内对外声阻抗；步骤3)获得步骤1)中水声发射换能器4的声源体积速度，再根据该声源作用下第二水听器2的放置点处的声压计算管外水声发射换能器4对管内第二水听器2的辐射格林函数，最终根据互易性得到管内第二水听器2对管外水声发射换能器4位置的辐射格林函数；步骤4)利用步骤1)和步骤2)获得的声阻抗，以及管内第二水听器2处的管道声质点速度，计算得到管内第二水听器2处的等效体积声源；步骤5)通过管内第二水听器2对管外水声发射换能器4的辐射格林函数，计算得到管内第二水听器2处的等效体积声源向水声发射换能器4位置的辐射声压；上述步骤的第二水听器2能够替换为第一水听器1。作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体为：测得第一水听器1和第二水听器2处的总声压为：其中，i＝3表示管内第一水听器1观测点，i＝2表示第二水听器2观测点；为推动水声发射换能器4的功放输入信号和水听器信号的互谱，Gqq为输入信号自功率谱，q为输入水声发射换能器4信号频谱；利用第一水听器1和第二水听器2获取管内第二水听器2处声质点速度：其中：Pi(1)、Pr(1)表示管道内向外传播波和反射波声压值，ρ表示流体密度，c为流体声速，表示波数，ω为角频率，Δ表示双水听器安装距离，V2(1)表示管道内第二水听器2处的声质点速度；管道内第二水听器2处的对内声阻抗Zi为：其中：距离Δ与测量下限频率fl、上限频率fu通常应满足以下关系：作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体为：将管壁测量振动加速度信号作为参考信号，剔除流噪声，获取管内声压：其中，i＝3表示管内第一水听器1观测点，i＝2表示第二水听器2观测点；a为管壁振动信号，为管壁加速度信号与声压互谱，Gaa为加速度信号自谱；计算管道内第二水听器2处观测点的声质点速度：得到管道内第二水听器2处观测点对外的声阻抗Zr为：其中：作为上述方法的一种改进，所述步骤3)具体为：管外水声发射换能器4处对第二水听器2处的声辐射格林函数的计算公式为：根据互易性，管内第二水听器2处声源对管外水声发射换能器4处的辐射格林函数为：作为上述方法的一种改进，所述步骤4)具体为：管内第二水听器2处的等效体积声源为：作为上述方法的一种改进，所述步骤5)具体为：所述水声发射换能器4处观测点的声辐射声压的公式为：专利技术的优势在于：本专利技术提出了一种包含结构噪声、管口水脉动力噪声等多噪声源情况下单纯分离测量通海管口水脉动力噪声的装置和方法，互易法实测的辐射格林函数可考虑各种复杂管外结构形式的声辐射，适用于管路声截止频率以下的噪声的测量。附图说明图1为本专利技术的水下管口外辐射噪声的测量装置的构造图；图2为本专利技术的水下管口外辐射噪声的测量装置的布置图；图3为本专利技术的测点变量标号图；图4为本专利技术的等效体积速度计算示意图；图5为仿真验证本专利技术的管外接收点声源辐射噪声；图6为仿真验证本专利技术的管内声源发声示意图；图7为仿真验证互易计算和直接仿真管口外点1声压对比图；图8为实验验证直接测量和互易法测量对比图。附图标识：1、第一水听器2、第二水听器3、加速度计4、水声发射换能器5、采集设备6、驱动功放7、数据处理模块具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细的说明。如图1和图2所示，一种水下管口外辐射噪声的测量装置，所述装置包括：第一水听器1、第二水听器2，加速度计3，水声发射换能器4，采集设备5，驱动功放6和数据处理模块7。所述第一水听器1、第二水听器2构成距离为Δ的双水听器；双水听器通过管口伸入管道内部或者安装在管道内壁；所述加速度计3固定安装于管道外壳上；双水听器和加速度计3连接到采集设备5上；所述采集设备5的一路输出信号作为驱动功放6的输入信号，另一路输出信号进入采集设备5的第四个输入通道做为去噪参考信号，所述数据处理模块与采集设备5连接，用于对采集设备5输出的数据进行处理；在观测点布放水声发射换能器4，驱动功放6输出端连接水声发射换能器4，用于驱动水声发射换能器4发声。管路声截止频率是指声频率低于某一频率以下时，即管道截止频率以下，管路的波传播形式主要是平面波，可以用双水听器法分离入射波和反射波，基于此提出基于互易原理的外辐射声测量方法。测量可以分步运装进行，也可以同时开启管路和换能器进行，后者更加符合管口运行状态特性，可采用参考信号去噪法获得消除干扰的信号，按以下分步法计算和测量：步骤1)将水声发射换能器4放置在管外测量点发声，将固定距离的双水听器安装在管壁或者伸入管内，通过双水听器测量并计算管内点声压和体积速度，获得管道内对内声阻抗；该测量可以在线完成，即在开启管内声源的情况下利用换能器发射信号作为参考信号消除其它噪声影响；如图3所示，应用参考信号剔除管内干扰噪声的公式为：其中，i表示如图3所示的位置，i＝3表示管内第一水听器1观测点，i＝2表示第二水听器2观测点；为推动水声发射换能器4的功放输入信号和水听器信号的互谱，Gqq为输入信号自功率谱，q为输入水声发射换能器4的信号频谱。利用双水听器获取管内点2(第一水听器1观测点)处声质点速度：其中：表示步骤1)测得点2(第二水听器2观测点)处的总声压，表示步骤1)测得点3(第一水听器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下管口外辐射噪声的测量装置，其特征在于，所述装置包括：第一水听器(1)、第二水听器(2)，加速度计(3)，水声发射换能器(4)，采集设备(5)，驱动功放(6)和数据处理模块(7)；所述第一水听器(1)、第二水听器(2)构成距离为Δ的双水听器；所述双水听器通过管口伸入管道内部或者安装在管道内壁；所述加速度计(3)固定安装于管道外壳上；双水听器和加速度计(3)连接到采集设备(5)上；所述采集设备(5)的一路输出信号作为驱动功放(6)的输入信号，另一路输出信号进入采集设备(5)的第四个输入通道作为去噪参考信号，所述数据处理模块(7)与采集设备(5)连接，用于对采集设备(5)输出的数据进行处理；在观测点布放水声发射换能器(4)，所述驱动功放(6)输出端连接水声发射换能器(4)，用于驱动水声发射换能器(4)发声。

【技术特征摘要】
1.一种水下管口外辐射噪声的测量装置，其特征在于，所述装置包括：第一水听器(1)、第二水听器(2)，加速度计(3)，水声发射换能器(4)，采集设备(5)，驱动功放(6)和数据处理模块(7)；所述第一水听器(1)、第二水听器(2)构成距离为Δ的双水听器；所述双水听器通过管口伸入管道内部或者安装在管道内壁；所述加速度计(3)固定安装于管道外壳上；双水听器和加速度计(3)连接到采集设备(5)上；所述采集设备(5)的一路输出信号作为驱动功放(6)的输入信号，另一路输出信号进入采集设备(5)的第四个输入通道作为去噪参考信号，所述数据处理模块(7)与采集设备(5)连接，用于对采集设备(5)输出的数据进行处理；在观测点布放水声发射换能器(4)，所述驱动功放(6)输出端连接水声发射换能器(4)，用于驱动水声发射换能器(4)发声。2.一种基于权利要求1的所述的装置实现的水下管口外辐射噪声的测量方法，所述方法包括：步骤1)将所述水声发射换能器(4)放置在管外测量点发声，通过双水听器测量并计算管内第二水听器(2)放置点的声压和体积速度，获得管道内对内声阻抗；步骤2)开启管内声源发声，通过双水听器法测量并计算管内第二水听器(2)放置点的声压和体积速度，从而计算管道内对外声阻抗；步骤3)获得步骤1)中水声发射换能器(4)的声源体积速度，再根据该声源作用下第二水听器(2)的放置点处的声压计算管外水声发射换能器(4)对管内第二水听器(2)的辐射格林函数，最终根据互易性得到管内第二水听器(2)对管外水声发射换能器(4)位置的辐射格林函数；步骤4)利用步骤1)和步骤2)获得的声阻抗，以及管内第二水听器(2)处的管道声质点速度，计算得到管内第二水听器(2)处的等效体积声源；步骤5)通过管内第二水听器(2)对管外水声发射换能器(4)的辐射格林函数，计算得到管内第二水听器(2)处的等效体积声源向水声发射换能器(4)位置的辐射声压；上述步骤的第二水听器(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍先俊，杨军，孙红灵，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11