【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水声计量，特别涉及一种变压条件下的水听器低频校准装置。
技术介绍
1、水听器是一种将声信号转换为电信号的换能器，用来接收水中的声信号，标准水听器主要包括敏感元件、支撑结构、线缆、外部包覆材料等。其中敏感元件，即为将水下声信号转换为同频率电信号的结构，支撑结构选用不锈钢，具备耐压耐腐蚀耐变温特性，满足深海探测条件，包覆材料通常选用传声系数较好的聚氨酯或者橡胶材料，研究表明，不同的环境压力会对水听器的频率响应产生变化，作为重要指标，为提升水听器在水声工程中的精确利用，模拟水下不同深度下环境压力对水听器的影响，故对于水听器校准装置做出更高的要求。
2、在声学校准常用频段中，常采用自由场校准法，其主要包括对比校准以及绝对校准。在低频段，由于低频波的反射特性，通常采用振动液柱法、耦合腔互易法或者驻波管比较法校准水听器，耦合腔互易法作为一种绝对校准法，在密闭腔体内实现环境压力变化的同时，通过腔体内的发射换能器以及互易换能器对待测换能器分别发射和接收信号，以互易法原理校准待测水听器，满足对深海的高压环境的模拟，其优点是校准不确定度低，可针对环境压力变化条件下水听器频率响应测量，由于耦合腔体尺寸对声场影响较大，在小范围内变压，其压力对于非待测换能器本身影响较大，首先要确定腔内预置的发射与互易换能器的水听器性能，不确定度增加，常规的耦合腔体体积较大，固定于特定位置难以移动，腔体内部待测换能器的位置难以适配多种尺寸的换能器，应用场景有限，难以满足高精度校准水听器的需求。
技术实现思路p>
1、本专利技术的目的包括，提供一种变压条件下的水听器低频校准装置，其用于不同压力环境下的水听器灵敏度校准，最高加压20mpa，极限压力25mpa，可在耦合腔密闭腔体内建立声场，外接液压泵设定腔内压力；基于耦合腔互易法，设计一种耦合腔体，其溢流环换能器充当发射及互易换能器置于腔体内壁，上封盖堵头适配不同尺寸的待测水听器塞入，以上步骤用于校准不同尺寸的水听器低频率段灵敏度数据。
2、本专利技术的实施例可以这样实现：
3、本专利技术的实施例提供一种变压条件下的水听器低频校准装置，使耦合腔体内部压力产生变化以测试待测水听器低频段灵敏度的稳定性，所述装置包括：
4、夹持装置、耦合腔体、加压装置以及支撑单元，其中，
5、所述夹持装置由上封盖、罐体配合卡箍固定，配有顶丝孔定位，衔接处设有t型槽放置密封圈，形成耐压的封闭腔体，堵头孔处堵头进行水密设计。
6、所述堵头根据不同待测水听器的具体形状及尺寸进行适配，本专利技术使用30mm小球水听器做待测水听器。
7、所述耦合腔体由罐体、两个溢流环换能器以及两个去耦圈组成；
8、所述溢流环换能器位于腔体内壁，测量时，在封闭腔体内部产生声信号。
9、所述去耦圈在竖直方向嵌在下溢流环换能器两侧，减小两个溢流环换能器之间的声耦合效应，以模具灌注聚氨酯胶封固定位置。
10、所述支撑单元为底座，根据耦合腔体具体尺寸进行设计，针对罐体底部线缆孔、加压孔及装置下方的加压装置预留空间。
11、所述底座位于整个装置正下方，由一个方形合金板焊接在装置底部，四角通过螺栓固定四根铝合金支架，架起一定高度预留出加压孔、加压阀门及加压装置的空间，用于提高装置紧凑性。
12、所述加压装置位于支撑单元下方或两侧，配备压力表控制腔内压力。
13、可选的，所述溢流环换能器胶封于腔体内壁，作发射换能器及互易换能器，发射正弦波连续信号在腔体内部传递声信号。
14、可选的，所述罐体底部预留非贯穿螺纹孔，用于加配工装套筒固定待测水听器，特定条件下保持待测水听器位置统一。
15、可选的，所述底座为铝合金材料，起支撑作用，通过焊接与固定罐体，四角以螺栓连接铝合金架。
16、可选的，所述罐体底部预留非贯穿螺纹孔，用于加配工装套筒固定待测水听器，特定条件下保持待测水听器位置统一。
17、可选的，所述整套设备的加压装置，为手动液压泵，基于设备预定加压上限25mpa选定，符合原定设计要求。
18、由上述可知，本压力耦合腔罐装置由罐体和上封盖经卡箍固定，配两套螺栓螺帽锁紧，基于耦合腔互易法，设计一款溢流环换能器充当发射及互易换能器置于腔体内壁，内部腔体内壁处工装溢流环换能器及去耦圈，以胶封固定位置，形成密闭腔体，可在耦合腔密闭腔体内建立压力场，通过外部控制压力泵改变腔内压力，底座处预留位置放置加压装置；上封盖堵头孔适配不同尺寸的待测水听器塞入，以上步骤便可实现不同尺寸的水听器低频段灵敏度校准。
19、因此，本专利技术能通过外部压力泵，配合压力控制阀门，连接装置罐体底部的进压孔，在密闭腔体内部建立可变压力场，上封盖堵头可适配多种尺寸的水听器，以互易法原理为基础，通过三组水听器电压的接收值及发射端电流数据，便可实现变压环境下水听器的低频校准，与原有的耦合腔校准装置相比，该装置可以适配多种水听器尺寸，且溢流环换能器低频段灵敏度响应稳定，腔内体积大，无需更换发射及互易换能器，可实现待测水听器低频段快速校准。
20、公式
21、mj＝10lg(ufj)+10lg(uhj)-10lg(ih)-10lg(ufh)+10lg(j0)-120
22、式中：j0是互易常数，主要和边界条件和腔中介质有关，ufjuhjufh是发射换能器、互易换能器、待测换能器三者间两两配对测得的接收端开路电压，ih是互易换能器端的电流，可通过电流取样器测得。
23、与现有的变压校准装置相比，本专利技术的有益效果是：
24、1、耦合腔腔体内壁上胶封两个溢流环换能器充当互易法实验当中的发射换能器及互易换能器，两换能器之间配有去耦圈，由溢流环换能器的尺寸限制可以测量更低频段的水听器频率响应；溢流环胶封材料为传声系数较好的聚氨酯，减少整套装置的不确定度。
25、2、罐体的上封盖处设有堵头孔，可根据耐压国标设计适配不同尺寸不同形状的水听器卡头，卡头可工装与堵头孔之上，便可对不同类型的待测水听器进行变压条件下的低频段校准。罐体底部加压孔工装空气阀门，通过耐压管道衔接压力泵，能够通过泄压与手动加压控制密闭腔内环境压力，创造变压环境。
26、3、耦合腔实验装置体积较小，在装置实际操作中较为灵活，可根据不同的测量需求更新实验设备。
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1.一种变压条件下的水听器低频校准装置，包括支撑单元、夹持装置、加压装置以及耦合腔体，其特征在于：所述耦合腔体包含罐体，上溢流环换能器及下溢流环换能器、中去耦圈及下去耦圈，所述夹持装置包含卡箍、上封盖、堵头，所述支撑单元包含底座。
2.根据权利要求1所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述耦合腔体外接信号发生器，作为输入端控制发射换能器发射正弦波连续信号，所述发射换能器通过低频功率放大器与低频输入信号相连，将正弦波连续信号经低频功率放大器放大后传输至发射换能器后，所述发射换能器在耦合腔体内发射声信号。
3.根据权利要求2所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述耦合腔体内由发射换能器及互易换能器作声源，在两个溢流环换能器和罐底之间分别装配两个去耦圈，减小内腔溢流环之间、溢流环与罐体之间的声耦合效应以减小不确定度。
4.根据权利要求2所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述信号输入端人为设定信号发生器发射正弦波连续信号，由PC端控制示波器记录原始波形读取输出端电压信息用以待测水听器的低频段校准。
5.根据权利要求3所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述溢流环换能器在腔内传递声能量的方法为：控制信号发生器经低频功率放大器产生频段为20Hz-1000Hz的正弦波连续信号，在耦合腔体内形成声场。
6.根据权利要求1所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述罐体底部设两水密接头将溢流环换能器的电缆引出，电缆接头处硫化处理，孔内做水密处理。
7.根据权利要求1所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述上封盖处的堵头孔安装堵头，所述堵头依据待测水听器的形状以及尺寸设计，兼具耐压及水密特性，轮廓为为阶梯状以抵消腔内压力的冲击力。
8.根据权利要求1所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述待测水听器堵头及水密接头均根据装置的具体尺寸设计，本专利技术待测水听器使用30mm尺寸小球水听器。
9.根据权利要求3所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述待测水听器敏感元件部位应保证位于腔内中央位置，保证待测换能器与两个溢流环换能器的相对位置不变。
...【技术特征摘要】
1.一种变压条件下的水听器低频校准装置，包括支撑单元、夹持装置、加压装置以及耦合腔体，其特征在于：所述耦合腔体包含罐体，上溢流环换能器及下溢流环换能器、中去耦圈及下去耦圈，所述夹持装置包含卡箍、上封盖、堵头，所述支撑单元包含底座。
2.根据权利要求1所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述耦合腔体外接信号发生器，作为输入端控制发射换能器发射正弦波连续信号，所述发射换能器通过低频功率放大器与低频输入信号相连，将正弦波连续信号经低频功率放大器放大后传输至发射换能器后，所述发射换能器在耦合腔体内发射声信号。
3.根据权利要求2所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述耦合腔体内由发射换能器及互易换能器作声源，在两个溢流环换能器和罐底之间分别装配两个去耦圈，减小内腔溢流环之间、溢流环与罐体之间的声耦合效应以减小不确定度。
4.根据权利要求2所述的一种变压条件下的水听器低频校准装置，其特征在于，所述信号输入端人为设定信号发生器发射正弦波连续信号，由pc端控制示波器记录原始波形读取输出端电压信息用以待测水听器的低频段校...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明威，王月兵，赵鹏，解建宇，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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