分离式水声声管系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种分离式水声声管系统，包括安装于隔振基础上的声管支架，声管支架上固定有声管的上段，声管的下段在液压缸的顶起下可上下滑动，液压缸固定于声管支架的底部，声管的上下段结合处可在液压马达所带动的弧齿作用下锁紧密闭，液压缸和液压马达均通过液压接口与液压站连接，声管的上下段通过水循环接口和恒温水箱由管路连接构成水循环，恒温水箱通过过滤器连有自来水水源，恒温水箱内设有由控制机柜内控制系统控制实现管内水介质温度控制内循环的压缩机和电热棒，水循环管路上还设有由控制系统控制实现加压的试压泵。本实用新型专利技术提供一种操作方便、便于加压和测量的分离式水声声管。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及水声的计量测试领域，尤其是一种分离式水声声管系统。
技术介绍
水下的声学材料广泛应用于水声设备的水下声系统、平台声学隐身工程、换能器声学部件等。随着换能器基阵的工作频率逐渐向低频段延伸和深度的逐渐增加，水下使用的各类声学材料的工作频率已经低到几百赫兹，工作深度到几百米。一般情况下，水下声学材料或者其构件的声学特性会随频率、水温和水压改变而发生变化，其性能在实际工作环境下的好坏直接影响着水声设备、水下声系统的技术性能和平台的声学隐蔽性。水下声学材料和构件的研制及应用都离不开对其声学性能参数的测试和评定，所以研究相应的测量技术和建立标准校准装置是必不可少的。描述水下声学材料和构件的声学性能主要参数是声波垂直入射下的声压反射系数和透射系数，定义为被样品反射或透射的平面波声压与入射平面波的声压之比，一般通过对其板状样品在一定环境条件和频率范围内进行直接测量得到。测量可以分为两类测量方法一是自由场测量方法，而是声管测量方法。对于自由场测量，在常规消声水池或高压消声水罐中进行，采用边长尺寸为1 an的大面积样品，目前最低的测量频率为IkHz左右，将测量频率再降到几佰赫兹几乎是一件难以完成的工作，需要样品和声源基阵尺寸都须增加几倍，无论样品加工成本、难度和高压消声水罐尺寸条件都是是不允许的。对于声管测量方法，采用比声管内径略小的样品，如传统脉冲管法和驻波管法，我国已经建立了国家标准GB/T 5266-2006《声学水声材料纵波声速和衰减系数的测量脉冲管法》和行业标准CB/ T 3674-1995《水声材料驻波管测量方法》。脉冲管法能够测量样品的声压反射系数和透射系数，但在测量声压透射系数时样品必须是均勻对称的，工作的低频限取决于声管的长度， 通常要求声管长度至少应大于声波水中波长的6倍，样品被放置到声管中央时，测量频率一般在2kHz以上。驻波管法的低频限只取决于声源的信噪比，可以工作到几百赫兹，但只能在声管末端测量样品的声压反射系数，不能测量样品的声压透射系数。声管的高频限都取决于管中(0，0)号简正波条件。在声管中测量样品声压反射系数和透射系数必须同时具备平面波声场条件和自由场条件。在自由场和声管中应用脉冲技术，样品的反射脉冲、透射脉冲可以和入射脉冲可以实现分离，但测量频率受到自由场水域和脉冲声管高度的限制，很难实现几百赫兹频段、 波长达到几米的低频测量。国外发展了一种新的水下声学材料测量方法，美国水下作战中心于2001年在美国声学杂志发表了行波管测量方法，其测量系统由原先用于校准水听器的L系统改造而成，应用了称为“传递矩阵法”的消声方法，声管高2m、内径Φ 380mm，测量频率为IOOHz 1750Hz。我国目前正在积极研究声学材料的行波管测量方法，提出了行波管双水听器传递函数法，应用先进的声源技术、数字仪器、信号采集处理技术和分离式声管系统建立测量标准装置，将填补国内空白。国内外声管均采用无缝不锈钢管，当样品需要被放置在管中央测量时，一般采用尼龙线吊挂或者用不锈钢支架固定样品，操作比较麻烦费时；当需要对声管进行加一定静水压力时就更加不方便了。为了能使被测量的样品放到声管中央，管壁上的水听器就不能伸入到声管内壁，和水介质不能充分接触，更不能接收到声管中央声场最均勻的声压，也降低了接收灵敏度。
技术实现思路
本技术要解决上述现有技术的缺点，提供一种操作方便、便于加压和测量的分离式水声声管系统。本技术解决其技术问题采用的技术方案这种分离式水声声管系统，包括安装于隔振基础上的声管支架，声管支架上固定有声管的上段，声管的下段在液压缸的顶起下可上下滑动，液压缸固定于声管支架的底部，声管的上下段结合处可在液压马达所带动的弧齿作用下锁紧密闭，液压缸和液压马达均通过液压接口与液压站连接，声管的上下段通过水循环接口和恒温水箱由管路连接构成水循环，恒温水箱通过过滤器连有自来水水源，恒温水箱内设有由控制机柜内控制系统控制实现管内水介质温度控制内循环的压缩机和电热棒，水循环管路上还设有由控制系统控制实现加压的试压泵。作为优选，所述声管由上段声管管体和下段声管管体对称安装组成，声管的两端分别对应装有上段声管管盖和下段声管管盖，上段声管管盖和下段声管管盖上分别装有主发射器和次发射器，声管管壁上嵌入式装有压力传感器、温度传感器和水听器组，上段声管管体和下段声管管体结合处外部设有实现声管开启闭合的弧齿和滑轨。作为优选，所述主发射器和次发射器为活塞式稀土纵向振动换能器，包括连接前质量块和后质量块的应力螺杆，应力螺杆外设有稀土振子，稀土振子外设有线圈和永磁器件，前质量块外设有与外壳连接的硫化橡胶，前质量块与硫化橡胶之间设有声背衬，后质量块通过去耦环与外壳连接，外壳连有底座，底座上连有硫化成一体的电缆头和电缆，换能器通过紧固螺母与声管连接。作为优选，所述底座与外壳的连接面及其安装面上设有0型圈。作为优选，所述水听器组包括八个水听器，水听器包括陶瓷圆管串，陶瓷圆管串之间设有去耦橡胶，去耦橡胶端部设有前盖板，陶瓷圆管串外设有硫化橡胶，硫化橡胶连有水听器外壳，水听器外壳一端通过锁紧螺母固定有硫化成一体的水听器电缆头和水听器电缆。作为优选，所述水听器外壳上设有径向密封槽和纵向密封槽，水听器通过径向密封槽和纵向密封槽上的0型圈密封装入声管管壁。作为优选，所述声管的外壁设有由不锈钢板包覆的发泡橡胶作为保温层。本技术有益的效果是(1)本技术分离式水声声管整体采用了分离式两段设计，很好解决了传统单根声管的声管中央样品放置和嵌入水听器声中心到声管轴线的问题，实现了管中低频声压反射系数和声压透射系数的测量，使得水听器能够接收到管中声中心的平面波，降低了由于管中截面声场起伏引入的测量误差，提高了测量精度。(2)本技术分离式水声声管的两段管体采用声学刚性厚壁设计，采用不锈钢材料离心铸造后精加工制作，在有效地减小管壁共振对声场的影响，管中声速接近自由场声速，最大程度地减小由此引入的测量误差。(3)本技术分离式水声声管的支架通过隔振器坐落于独立的隔振基础上，可以有效隔绝外界振动对声管的影响，有利于声管的低频弱信号声学测量工作。支架能够牢固支撑上部声管。支架内侧两边装有精密导轨，可以使下部声管上下滑动500mm。整个支架能够保证整个声管的垂直度和精确的分离或闭合。(4)本技术分离式水声声管的一对主次稀土纵向型主发射器采用用稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D作为有源驱动元件，选择工艺比较成熟的圆柱棒元件，磁性材料采用了永磁材料，使发射器具有较高的低频发射效率，实现了在有限空间尺寸内声管的低频声源，工作频率IOOHz 4kHz。(5)本技术分离式水声声管的水听器组具有较好的耐压性能，采用元件串联式设计能够平抑元件之间的性能差异，在大量元件筛选基础上制成成品，再经测试及筛选， 研制的水听器组一致性优良，在双水听器传递函数计算中有效有效降低由于它们接收灵敏度相幅一致性引入的计算误差，从而提高了样品声压反射系数和声压透射系数的测量精度。(6)本技术分离式水声声管的液压机械部分根据分离式水声声管的特点和测量流程设计，实现两段声管的精确分离和闭合，还能保证在声管内部加IOMI^a水压下保持不漏压。所有的移动和旋转机械动作本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种分离式水声声管系统，包括安装于隔振基础上的声管支架（２），其特征是：声管支架（２）上固定有声管（１）的上段，声管（１）的下段在液压缸（４）的顶起下可上下滑动，液压缸（４）固定于声管支架（２）的底部，声管（１）的上下段结合处可在液压马达（５）所带动的弧齿（１１）作用下锁紧密闭，液压缸（４）和液压马达（５）均通过液压接口（２０）与液压站（３）连接，声管（１）的上下段通过水循环接口（２１）和恒温水箱（８）由管路连接构成水循环，恒温水箱（８）通过过滤器（９）连有自来水水源，恒温水箱（８）内设有由控制机柜（１０）内控制系统控制实现管内水介质温度控制内循环的压缩机（７）和电热棒，水循环管路上还设有由控制系统控制实现加压的试压泵（６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李水，罗马奇，何涛，范进良，刘璟，
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：实用新型
国别省市：86