一种降低海边传声器风噪声的装置的制作方法

本实用新型涉及阻尼噪声装置的技术领域，具体涉及一种降低海边传声器风噪声的装置。

背景技术：

利用空气声阵列对海面或低空小目标进行探测已经成为目前主要的岛礁防入侵预警手段之一。但是在岛礁或海边部署的声阵列设备受到强烈的风噪声及海噪声的干扰，将会使设备的探测性能受到很大影响。

低空飞行的目标由于飞行高度低、雷达散射截面小，一般雷达难以发现，但这些目标在飞行过程中辐射的声音难以消除，利用这些声音对低空飞行目标进行定位和识别是现代学者们普遍关注的被动声探测两大关键技术。一般而言，小目标辐射的噪声强度比较微弱，现有的声探测系统对无人机等小目标的定向、识别等功能极易受到强风噪声、海噪声等环境噪声的干扰，导致目标信号会被强背景噪声淹没而大大降低声探测设备的性能。尤其是风噪声，由于其噪声频率与典型的小目标如无人机、直升机等的特征谱线存在重叠，当环境风速比较大的时候，会掩盖探测目标的典型声特征，是最主要的干扰噪声源之一，因此对风噪声的抑制是尤为重要的。

综上所述，为了提高岛礁或海边区域小目标声探测设备的探测性能，必须对强背景噪声尤其是风噪声进行抑制。通常的，风噪声包括两大类：一类是风吹过周围环境物体如大树、建筑物等产生的环境背景噪声，另一类则是风吹过传声器产生的传声器自噪声。传声器自噪声的存在会极大地降低传声器的探测精度等关键指标，降低传声器设备的环境适应性。

常见的抑制风噪声的方法有两类，一类是物理结构抗风噪技术，其核心思想是从风噪声的产生机理出发，设计合适的物理抗风噪结构，在风噪声产生的源头(即在传声器进行声电转化之前)对风噪声进行抑制。另一类方法是信号处理抗风噪技术，其核心思想是利用风噪声和目标声信号不同的声特性，通过特殊的信号处理方法如非负矩阵分解方法、频谱子带处理方法等滤去风噪声。物理结构抗风噪在传声器野外使用是十分必要的。它可以有效避免传声器过载，同时大幅提高采集信号的信噪比。现有的物理结构抗风噪技术主要有防风罩、防风锥等，但均存在一定的局限性。常见的防风罩结构在低风速的时候效果比较好，但是当速度大于10m/s时，防风罩的降噪效果会迅速降低。防风锥具有流线型形状，因此能有效地降低空气流场与传声器作用产生的分离流、涡流和湍流，从而对高风速环境下的风噪声抑制起到明显的效果。但是这种防风锥仅适合用于特定方向的高风速的情况，如风洞测量的情况。在海边或岛礁的环境下，大多数海风是横切向吹过传声器设备，此时防风锥也不再具有良好的抗风噪效果。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种降低海边传声器风噪声的装置，提出在传声器测量装置的外表面布置螺旋状缠绕的细线来降低海风吹过传声器部件产生的涡流声和湍流声，通过物理结构抗风噪技术最终能够有效地降低海边或岛礁环境下由于海风吹过传声器而导致的传声器自噪声。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种降低海边传声器风噪声的装置，包括湍流屏蔽筒和防雨罩，所述湍流屏蔽筒的外表面等间距缠绕有多条螺旋线状金属丝，所述防雨罩的外表面等间距缠绕有多条螺旋线状金属丝。

进一步的，所述防雨罩的透声孔上覆盖有凯夫拉布。

进一步的，所述装置的外侧套有防风球。

进一步的，所述防风球的外侧套有防风毛套。

进一步的，所述螺旋线状金属丝的直径为1～1.2毫米。

进一步的，所述螺旋线状金属丝的螺旋角为51.8°～57.8°。

进一步的，所述螺旋线状金属丝为3～4条。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

本实用新型提出在传声器测量装置的外表面布置螺旋状缠绕的细线来降低海风吹过传声器部件产生的涡流声和湍流声，在传声器测量装置的透声孔安装凯夫拉布降低气流对传声器膜片的相互作用，通过上述物理结构抗风噪技术从传声器风噪声的产生源头和传播路径上对风噪声进行控制，可以有效地降低传声器风噪声强度，提高声探测设备的探测性能，最终能够有效地降低海边或岛礁环境下由于海风吹过传声器而导致的传声器自噪声。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详尽说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

参见图1，一种降低海边传声器风噪声的装置，包括湍流屏蔽筒1和防雨罩2，所述湍流屏蔽筒的外表面等间距缠绕有多条螺旋线状金属丝3，所述防雨罩的外表面等间距缠绕有多条螺旋线状金属丝4。

所述防雨罩的透声孔8上覆盖有凯夫拉布5。

具体使用过程中，传声器安装在缠绕有螺旋线状金属丝的湍流屏蔽筒内，缠绕有螺旋线状金属丝的防雨罩通过螺纹连接安装到湍流屏蔽筒上，然后在整个测试装置外侧依次套上防风球6和防风毛套7，最后将传声器连接到声探测设备，如阵列和声级计上即可进行声学测量。本降低海边传声器风噪声的装置的创新之处主要有两点：第一，在圆柱状的湍流屏蔽筒和防雨罩外侧焊上若干条螺旋线状金属丝用于抑制风吹过传声器产生的流动分离、涡脱落等流动现象，降低脱落涡及湍流的强度，从而从传声器自噪声发声源头上控制噪声；第二，在防雨罩底部的透声孔8覆盖一层凯夫拉布(Kevlor cloth)，相较于对透声孔不做处理或者覆盖纱网结构的传统方法，凯夫拉布具有“透声不透气”的优良性能，能够隔绝强风进入湍流屏蔽筒内，从而破坏风噪声的传播路径，进一步降低抗风噪的性能。

大风横切向吹过传声器产生的自噪声主要来自于气流绕过圆柱形钝体部件发生的流动分离、涡脱落、尾迹区湍流的相互作用等现象。最有效的控制方法就是抑制流动分离和涡脱落，降低尾迹区湍流脉动的强度。在圆柱状的湍流屏蔽筒、防雨罩等部件外侧焊上几条螺旋线状金属丝，一方面大幅降低圆柱体部件表面声压脉动的展向相关性，使部件附近不易形成规则的涡脱落现象，降低脱落涡的强度从而降低涡流声；另一方面也可以使强湍流尾迹区远离部件，降低湍流脉动与部件的相互作用，从而降低湍流声。通过在简化的圆柱体模型表面缠绕螺旋线状金属丝的声学实验(Applied Acoustics,2017,122:152-155)，可以验证该设计方案对圆柱体部件自噪声的降噪效果非常明显，不仅能完全消除离散峰，还能大幅降低宽频噪声水平。在50m/s的外界风速条件下，大约能够降低17dB的总噪声以及25dB的低频离散噪声。

本装置的实际效果与缠绕螺旋线状金属丝的具体参数密切相关，主要的控制参数有螺旋线状金属丝的直径、螺旋线状金属丝的螺旋角(或螺距)和螺旋线状金属丝的数量等。从简化的圆柱体部件风洞实验结果可知，当上述螺旋线状金属丝的参数选择不合理的时候，该物理结构的抗风噪效果会大幅降低，有时甚至会产生额外噪声。螺旋线状金属丝直径的选择原则是其直径大于气流边界层的厚度，以便产生足够的扰动但又要尽可能小，以防产生额外的附加噪声。由于1/2英寸传声器的湍流屏蔽筒、防雨罩尺寸一般在30mm左右，在野外七八级风的条件下气流分离点前的边界层厚度大约在1mm以内，因此螺旋线状金属丝的直径选择为1～1.2毫米即可满足需求。螺旋线状金属丝的螺旋角与螺距是一对相关的参数，一般而言选择螺旋线状金属丝的螺距为4～5倍圆柱体直径具有最优的降噪效果，该螺距数相当于螺旋线状金属丝的螺旋角在51.8°～57.8°。之间。螺旋线状金属丝的数量较少则抗风噪的效果较差，而螺旋线状金属丝的数量较多则对抗风噪措施的加工、使用和成本带来不利影响。结合简化圆柱体的试验结果，选择等间距布置3～4条螺旋线状金属丝是比较合适的方案。

综上所述，可以通过在湍流屏蔽筒、防雨罩等圆柱体部件外侧焊上螺旋状金属丝来降低传声器受气流吹过产生的自噪声。

声探测设备的传声器通常会在防雨罩下方开设透声孔以保证目标声信号能尽可能少衰减地通过防风、防雨装置。过去一般不对透声孔进行处理，气流与透声孔的作用会产生一定的自噪声；某些改进型设计在透声孔表面覆盖金属纱网，利用纱网改善气流与透声孔的相互作用从而降低自噪声。但是这些设计方案并不能从根本上避免部分外界气流进入湍流屏蔽筒内，从而给传声器的声测量带来噪声干扰。本装置采用将凯夫拉布覆盖在透声孔内侧的方法能更好地降低这部分自噪声。凯夫拉布是一种防弹材料，具有强度好、韧性好等特点。近年来，凯夫拉布被发现具有优异的“透声不透气”性能，即能够阻挡气流穿过布层却对声信号没有阻挡作用，已经被广泛应用在声学测量领域，如在气动声学风洞测量中使用凯夫拉布覆盖声阵列上用于测量飞机部件在高速气流中的噪声而不受风噪声的干扰。因此，本装置的抗风噪设计将凯夫拉布覆盖到透声孔上，利用其“透声不透气”的特点来隔绝外部气流进入透声孔内产生自噪声，但是又不阻拦外界声信号进入腔内被传声器测量。这种抗风噪设计方案从传播路径上隔绝了风噪声，会比覆盖纱网方案的自噪声抑制效果更好。

最后需要说明的是，上面实施例仅用以说明本实用新型技术方案而非限制，虽然参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的精神和相关范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。