【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，可用于高静水压下水听器灵敏度校准，属于深水水声测量。
技术介绍
1、深水水声测量技术是一个国家的核心水声计量能力之一。随着对深海的研究与探测逐渐深入，深水水声装备如深水水声通信装备、深海载人潜水器等也随之得到发展，深水水声计量技术为深水水声装备的研制和建设提供计量保障。
2、已知灵敏度的水听器可用于测量水中声压，也可以作为测量其他水听器和换能器的参考标准，因此灵敏度是水听器最重要的技术指标。经过历年的发展，水听器灵敏度校准方法已建立了自由场互易法、自由场比较法、静水压激励法、压电补偿法、振动液柱法和耦合腔法等。
3、互易法水听器灵敏度测量是一种绝对测量方法，由发射换能器、互易换能器和被测水听器，依据电声互易原理即可得到水听器的灵敏度。
4、耦合腔互易法源自微音器灵敏度测量，其腔内的介质为空气或者其它气体。耦合腔同样可用于测量水听器灵敏度，由于空气中声速约为水中声速的1/5，因此使用水作为介质测量水听器可增加其测量的频率上限。
5、对于水听器灵敏度耦合腔校准的设计相对较少，如通过两个刚性腔(标准腔与测量腔)用四换能器互易法测量常压下的水听器灵敏度[cn 109443514b]；在校准腔体内测量高静水压下低频水听器接收灵敏度[cn 104198593 b]。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于根据0.1 mpa至70 mpa静水压下环境条件的特点，提供了一种耦合腔频率拓展的水听器灵
2、实现本专利技术的技术方案是：
3、一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，在耦合腔系统中的耦合腔内实现0.1mpa至70 mpa静水压下的测试环境，于系统环境中进行水听器互易法校准，通过声场计算得到了耦合腔互易常数j腔的修正因子ζ，用以修正了声场不均匀性，使被测水听器灵敏度得到修正，降低高频校准时水听器的灵敏度误差，从而实现校准频率上限的拓展，将校准频率上限由2 khz拓展至5 khz，测量不确定度为0.7 db。
4、优选地，水听器灵敏度修正是通过耦合腔互易常数j腔对声场不均匀性的修正实现，由于耦合腔互易法校准时，接收器的表面受声压的作用力会因安装的位置不同与校准频率的不同而发生变化，实际校准时，耦合腔内的声场也并非完全均匀，因此需要对根据耦合腔内发射换能器f、互易换能器h，被测水听器j安装的位置，通过声场计算对测得的灵敏度进行修正。
5、优选地，所述耦合腔系统用于提供校准所需的声场环境与0.1 mpa至70 mpa静水压环境，其包括70 mpa静水压耦合腔腔体、压力控制系统、底部支撑基座安装助力机构及其他配件，测试系统覆盖频率范围为20 hz至5 khz。
6、优选地，所述耦合腔采用厚壁圆筒结构，腔体的边界为刚性壁，即边界具有很高的声阻抗，腔内最大线性尺寸为波长的十分之一，腔壁的厚度约等于腔内径的一半。
7、优选地，水听器灵敏度校准由耦合腔互易法完成，使用发射换能器p、互易换能器t和被测水听器h都封闭在一个小空间的液腔(耦合腔)内，据电声互易原理即可得到水听器的灵敏度。
8、优选地，所述发射换能器用于在水听器灵敏度校准时作为互易法的发射器，其发射信号频率在被测水听器校准范围内；尺寸合适，可装在耦合腔内的发生器位置，可耐70mpa静水压。
9、优选地，所述互易换能器用于在水听器灵敏度校准时作为互易法的互易换能器，其发射信号频率在被测水听器校准范围内；尺寸合适，可装在耦合腔内的互易换能器位置；并且互易性良好，可耐70 mpa静水压。
10、优选地，所述水听器为被测水听器，其尺寸合适，可装在耦合腔内的水听器位置，水听器灵敏度在可检测范围内，可耐70 mpa静水压。
11、优选地，耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准的具体步骤为：
12、(1).将发射换能器f、互易换能器h，被测水听器j安装于耦合腔内，其中发射换能器f安装于换能器安装位置1，互易换能器h安装于换能器安装位置3，被测水听器j安装于换能器安装位置2；
13、(2).准备就绪后，由发射换能器f向耦合腔中发射信号，形成均匀的声场，测量互易换能器h的开路电压ufh与被测水听器的开路电压ufj；
14、(3).由互易换能器h向耦合腔中发射信号，形成均匀的声场，测量被测水听器的开路电压uhj与互易换能器的激励电流ih；
15、(4).根据耦合腔腔内的容积v与声信号的角频率ω计算耦合腔互易常数j腔，其公式为
16、
17、式中，ρ为耦合腔内的介质密度，c为声波在耦合腔内介质中的传播速度；
18、(5).通过声场计算对测得的灵敏度进行修正，该修正为耦合腔互易常数j腔对声场不均匀性的修正，修正因子ζ可由公式(2)计算，公式为
19、
20、式中，k＝ω/c，ω为声信号的角频率，c为耦合腔内介质中的声速；l为耦合腔内部的直径；rj为被测水听器的半径；j1(x)为1阶贝塞尔函数；
21、(6).由公式(3)计算修正后的被测水听器灵敏度mj，公式为：
22、
23、式中，ufh为发射换能器f向耦合腔中发射信号，形成均匀的声场时，互易换能器h的开路电压；ufj为发射换能器f向耦合腔中发射信号，形成均匀的声场时，被测水听器的开路电压；uhj为互易换能器h向耦合腔中发射信号，形成均匀的声场时，测量被测水听器的开路电压；ih为互易换能器h向耦合腔中发射信号，形成均匀的声场时，互易换能器的激励电流；j腔为耦合腔互易常数，j腔＝ωv/ρc2，其中v为耦合腔腔内的容积与ω为声信号的角频率，ρ为耦合腔内的介质密度，c为声波在耦合腔内介质中的传播速度；
24、(7).通过灵敏度修正后，水听器灵敏度在高频校准时的误差减小，将其被测频率上限由2 khz拓展至5 khz，测量不确定度为0.7 db。
25、本专利技术中频率拓展是水听器灵敏度可校准频率上限拓展，通过水听器灵敏度修正，降低了耦合腔校准时的误差，特别是在高频(2 khz～5 khz)校准时效果明显，使其可校准频率上限由2 khz拓展至5 khz。
26、本专利技术采用0.1 mpa至70 mpa静水压下为仿0 m至7000 m海深的静水压力，其特征为压力值大小为0.1 mpa～70mpa。
27、本专利技术具有以下优点：
28、(a)该方法所需的配套校准装置的相对体积较小，占用空间较少。
29、(b)该方法操作相对简单便捷，换能器安装与耦合腔加压均可由校准人员独自手动完成，无需大型机械帮助。
30、(c)该方法为水听器灵敏度绝对校准法，测量不确定度较小。
31、(d)该方法通过对耦合腔内声场不均匀性的修正，给本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：在耦合腔系统中的耦合腔内实现0.1MPa至70MPa静水压下的测试环境，于系统环境中进行水听器互易法校准，通过声场计算得到了耦合腔互易常数J腔的修正因子ζ，用以修正了声场不均匀性，使被测水听器灵敏度得到修正，降低高频校准时水听器的灵敏度误差，从而实现校准频率上限的拓展，将校准频率上限由2kHz拓展至5kHz，测量不确定度为0.7dB。
2.根据权利要求1所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：水听器灵敏度修正是通过耦合腔互易常数J腔对声场不均匀性的修正实现，由于耦合腔互易法校准时，接收器的表面受声压的作用力会因安装的位置不同与校准频率的不同而发生变化，实际校准时，耦合腔内的声场也并非完全均匀，因此需要对根据耦合腔内发射换能器F、互易换能器H，被测水听器J安装的位置，通过声场计算对测得的灵敏度进行修正。
3.根据权利要求1所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：所述耦合腔系统用于提供校准所需的声场环境与0.1MPa至70MPa静水压环境，其包括70MPa静水压耦
4.根据权利要求1所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：所述耦合腔采用厚壁圆筒结构，腔体的边界为刚性壁，即边界具有很高的声阻抗，腔内最大线性尺寸为波长的十分之一，腔壁的厚度约等于腔内径的一半。
5.根据权利要求2所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：水听器灵敏度校准由耦合腔互易法完成，使用发射换能器P、互易换能器T和被测水听器H都封闭在一个小空间的液腔内，据电声互易原理即可得到水听器的灵敏度。
6.根据权利要求5所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：所述发射换能器用于在水听器灵敏度校准时作为互易法的发射器，其发射信号频率在被测水听器校准范围内；尺寸合适，可装在耦合腔内的发生器位置，可耐70MPa静水压。
7.根据权利要求5所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：所述互易换能器用于在水听器灵敏度校准时作为互易法的互易换能器，其发射信号频率在被测水听器校准范围内；尺寸合适，可装在耦合腔内的互易换能器位置；并且互易性良好，可耐70MPa静水压。
8.根据权利要求5所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：所述水听器为被测水听器，其尺寸合适，可装在耦合腔内的水听器位置，水听器灵敏度在可检测范围内，可耐70MPa静水压。
9.根据权利要求5所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准的具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：在耦合腔系统中的耦合腔内实现0.1mpa至70mpa静水压下的测试环境，于系统环境中进行水听器互易法校准，通过声场计算得到了耦合腔互易常数j腔的修正因子ζ，用以修正了声场不均匀性，使被测水听器灵敏度得到修正，降低高频校准时水听器的灵敏度误差，从而实现校准频率上限的拓展，将校准频率上限由2khz拓展至5khz，测量不确定度为0.7db。
2.根据权利要求1所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：水听器灵敏度修正是通过耦合腔互易常数j腔对声场不均匀性的修正实现，由于耦合腔互易法校准时，接收器的表面受声压的作用力会因安装的位置不同与校准频率的不同而发生变化，实际校准时，耦合腔内的声场也并非完全均匀，因此需要对根据耦合腔内发射换能器f、互易换能器h，被测水听器j安装的位置，通过声场计算对测得的灵敏度进行修正。
3.根据权利要求1所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：所述耦合腔系统用于提供校准所需的声场环境与0.1mpa至70mpa静水压环境，其包括70mpa静水压耦合腔腔体、压力控制系统、底部支撑基座安装助力机构及其他配件，测试系统覆盖频率范围为20hz至5khz。
4.根据权利要求1所述的一种耦合腔频率拓展的水听器灵敏度校准方法，其特征在于：所述耦合腔采用厚壁圆筒结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴博悦，贾广慧，徐卓华，陈毅，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：
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