专利名称：一种在空气中校准水听器阵列阵元的腔体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种校准水听器阵列阵元的腔体，更具体说，它涉及一种在空气中校准水听器阵列阵元的腔体。
背景技术：
随着商用和军用领域的发展，利用低频水听器组成的长线列阵列来获取海洋声学环境数据变得越来越重要。由于线列阵的长度有上百米，按照常规的自由场远场校准技术要求，测试距离非常远，在实验室条件下是无法对其进行校准的，如果到开阔的水域中去测量，则不仅实施非常困难，而且代价高昂。同时，由于测试距离很大，往往难于保证声场的均匀和各向同性及位置方位的精确，加上信噪比的降低，也极大地影响了测试精度，只能对灵敏度和方向性进行粗略估计，而且无法掌握线列阵的性能随温度和压力的变化趋势。另外，随着长线列阵的使用，在许多应用场合，阵列也由一维发展到二维的。为了提高对阵列阵元接收信息的分析能力，需要获取在线阵元的相位和灵敏度信息，且要求阵元的相位和灵敏度具备比较好的一致性。因此，国外在上世纪七、八十年代前后相继发展了几种线列阵校准的方法1)缠绕法，可以校准线列阵的灵敏度，不能校准线列阵的方向性；2)空气箱法，校准的下限频率比较低，但是同样无法校准线列阵的方向性；3)管中校准法，不仅可以校准拖曳线列阵或阵元组的灵敏度，也可以校准它的远场指向性。同时，还可以控制管中的压力和温度。但管中校准装置校准时阵列安装很不方便，只能在实验室中应用。上述所有对水听器阵列阵元的评估方法和设备中，许多不适用于生产设施，一些设备需要在流体媒质中进行，其它的需要参考水听器。在测试中，这些参考水听器阵元的特性会随温度、使用和时间发生变化，还有其它的参考会无法消除因水听器阵元的密布引起不想要信号的产生。这就是说，这些参考不能提供简单的、容用的设备用于确定水听器阵列单个阵元是否准确安装和在线性能。为了满足长线列水听器阵列及其阵元在外场或生产条件下声学性能的测试需求，必须解决测试方法或测试所需声场条件问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构合理，精度高，稳定性好，在空气中校准水听器阵列阵元的腔体。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。这种在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，包括压力波发生器、声波传播通道、透声子系统，其中压力波发生器包括扬声器，第一波腔、隔声腔，其中透声子系统包括一个轴向延伸到接收阵通道的外罩和一个由连接声波传播通道与轴向延伸孔径到选定阵元的透声口之间所形成的第二波腔组成。作为优选所述第二波腔为轴向是一个倒号角设计，第二波腔在外罩的外圆周方向具有最大厚度或宽度，然后逐渐减少到能包容水听器阵列的最小尺寸。作为优选腔体空间由第一波腔、传播通道和第二波腔组合而成，通过激励放置在第一波腔上端的扬声器产生压力波，使压力波从第一波腔通过声波传播通道传播到透声子系统的倒号角状的第二波腔内，最终把压力波汇聚到号角最小端朝向测试腔体正对着被测阵元的位置的透声槽处。作为优选扬声器安装在第一波腔的顶部，第一波腔位于第一个隔声腔内，在第一波腔与隔声腔之间填充了隔声材料，在第一个隔声腔外还有第二个隔声腔，两个隔声腔之间也填充了隔声材料。作为优选第二波腔和外罩之间也设有隔声材料。作为优选第二波腔满足严格的使压力波发生器传播过来的声波汇聚到第二波腔轴向最窄的同心圆环形透声槽的梯形形状。作为优选所述透声槽的宽度要比被测阵元的间距要小。作为优选所述透声槽的宽度是被测阵元间距的1/4 1/2。本发明的有益效果是在空气中为测试长线水听器阵列的单个阵元提供了所需的声场，同时，通过改变扬声器的激励信号，可以在测试时为单个阵元提供了可选的激励。利用隔声腔和填充隔声材料等隔声设计，能减少正常水听器阵列的测试中所遇到的背景噪声，提高了测试时的信噪比。透声槽的宽度要比被测水听器阵列的阵元间距要小，大约是阵元间距的1/4 1/2，以确保压力波只作用在被测阵元上而不影响到未测阵元。圆环形透声槽的设计是为了保证压力波准确的作用到被测阵元上，支撑结构是为了保证被测段的轴向水平。同时，隔绝声波从测试腔中传播出去影响了其它阵元。整个测试腔体的设计，利用空气声学中扬声器能更好地满足低频工作要求。同时，利用空气声学中声波传播及其号角结构的汇声作用，为长线列水听器阵列的单个阵元的测试提供了所需要的声场。通过隔声材料及结构的设计，减少了背景噪声对被测阵元的影响，提高了信噪比。利用这种设计的腔体，只需普通的音频发生器和测试设备就可以组成测试系统，满足水听器阵列在实验室测试、生产测试和外场的现场测试。另外，利用这种设计的腔体及相应的方法也可以测量水听器阵列的性能。
图1为本发明结构示意图；图2为透声子系统示意图；图3为图2的A-A剖视图；附图标记压力波发生器1、隔声腔2、声波传播通道3、透声子系统4、扬声器5、第一波腔6、隔声材料7、被测阵元8、第二波腔9、测试腔体10、外罩11、透声槽12、水听器阵列13。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。腔体的设计原理以扬声器5发出的声波在空气中传播时利用不同腔体的组合来改变声波的传播途径来实现对声波的控制，通过控制声波的传播途径和大小来得到测试水听器阵列阵元性能所需的声场。利用这种腔体，通过控制扬声器5激励信号的幅度与相位为阵元的测试提供可选的声场；利用腔体的隔声腔7设计、选用隔声材料填充及特定设计的测试腔体还能减少正常水听器测试中所遇到的背景噪声，提高测试的信噪比。因此，利用这种腔体产生的声场可以在空气中实现对水听器阵列阵元声性能的测试，满足低频长线列阵阵元在实验室、外场或生产线上实现对阵元声性能的测试。另外，利用这种腔体，通过特定的方法来可以实现对整个阵列性能的测试。整个腔体包括一个压力波发生器1、声波传播通道3和一个可以把压力波直接作用到被选定的被测水听器阵元上的透声子系统4组成。(如图1所示)。压力波发生器I通过声波传播通道3把产生的压力波传播到透声子系统4，透声子系统4利用测试腔体使被选定的被测阵元8充分处在所需的压力波声场的包围中。压力波发生器1，发生所需要的压力波；隔声腔2，隔绝压力波发生器I的声波泄漏；声波传播通道3，把压力波发生腔中产生的声波传送到透声子系统4 ;透声子系统4，把压力波发生器I传播过来的压力波通过倒号角的汇聚作用后直接作用到被选定的水听器阵列的被测阵元8上。在图1中，压力波发生器I包括一个由低频正弦波驱动的扬声器5，第一波腔6，隔声腔2和声波传播通道3组成。扬声器5安装在第一波腔6的顶部，第一波腔6位于第一个隔声腔2内，在第一波腔6与隔声腔2之间填充了隔声材料7,在第一个隔声腔2外还有第二个隔声腔2，两个腔体之间也填充了隔声材料7。利用两个隔声腔2可以完全隔绝压力波发生器I产生的声波扩散，也可以隔绝外界声场对压力波腔内声波场的影响。同时，也避免了扬声器5前端和后端泄漏声波对被测水听器阵列13的影响。从图1、图2和图3中可以看出，透声子系统4有一个内含一定孔径的轴向通道的圆环形的第二波腔9，一个向外方向填充了隔声材料7的圆柱形腔体、一个环形包围着的、轴向延伸的第二波腔9和测试腔体10。第二波腔9在轴向是一个倒号角设计，号角在圆柱形腔体的外圆周方向具有最大厚度或宽度，然后逐渐减少到能包容被测长线列的最小尺寸。如图1和图2中所示，透声子系统4的第二波腔9满足严格的梯形形状。这种特征能使从压力波发生器I传播过来的声波汇聚到透声子系统4的第二波腔9轴向最窄的同心圆环形的透声槽12处。透声槽12的宽度要比被测水听器阵列的被测阵元8间距要小，大约是被测阵元8间距的1/4 1/2。这样就保证了压力波只作用在被测阵元8上而不影响到未测阵元。透声子系统4的测试腔体包括透声槽12和支撑被测水听器阵列被测段的结构。圆环形透声槽12的设计是为了保证压力波准确的作用到被测阵元8上，外罩11是为了保证被测段的轴向水平。同时，隔绝声波从测试腔体10中传播出去影响了其它阵元。在图1中，连接第一波腔6与第二波腔9之间的声波传播通道3保证了压力波产生到聚焦作用到被测水听器阵列的被测阵元8上。声波传播通道3外也是包裹着隔声材料7，确保声波在传播途中尽可能少的发生泄漏。
权利要求
1.一种在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，其特征在于包括压力波发生器(I)、声波传播通道(3)和透声子系统(4)，其中压力波发生器(I)包括扬声器(5)、第一波腔(6)和隔声腔(2)，其中透声子系统(4)包括一个轴向延伸到接收阵通道的外罩(11)和一个由连接声波传播通道(3)与轴向延伸孔径到选定阵元的透声口之间所形成的第二波腔(9)。
2.根据权利要求1所述的在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，其特征在于所述第二波腔(9)为轴向是一个倒号角设计，第二波腔(9)在外罩(11)的外圆周方向具有最大厚度或宽度，然后逐渐减少到能包容水听器阵列(13)的最小尺寸。
3.根据权利要求1所述的在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，其特征在于腔体空间由第一波腔￠)、传播通道(3)和第二波腔(9)组合而成，通过激励放置在第一波腔(6)上端的扬声器(5)产生压力波，使压力波从第一波腔(6)通过声波传播通道(3)传播到透声子系统(4)的倒号角状的第二波腔(9)内，最终把压力波汇聚到号角最小端朝向测试腔体(10)正对着被测阵元⑶的位置的透声槽(12)处。
4.根据权利要求1所述的在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，其特征在于扬声器(5)安装在第一波腔￠)的顶部，第一波腔(6)位于第一个隔声腔(2)内，在第一波腔(6)与隔声腔(2)之间填充了隔声材料(7)，在第一个隔声腔(2)外还有第二个隔声腔(2)，两个隔声腔(2)之间填充了隔声材料(7)。
5.根据权利要求1所述的在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，其特征在于第二波腔(9)和外罩(11)之间设有隔声材料(7)。
6.根据权利要求1所述的在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，其特征在于第二波腔(9)满足严格的使压力波发生器(I)传播过来的声波汇聚到第二波腔(9)轴向最窄的同心圆环形透声槽(12)的梯形形状。
7.根据权利要求2或6所述的在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，其特征在于所述透声槽(12)的宽度要比被测阵元⑶的间距小。
8.根据权利要求2或6所述的在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，其特征在于所述透声槽(12)的宽度是被测阵元(8)间距的1/4 1/2。
全文摘要
本发明公开了一种在空气中校准水听器阵列阵元的腔体，包括压力波发生器、声波传播通道、透声子系统，其中压力波发生器包括扬声器，第一波腔、隔声腔，其中透声子系统包括一个轴向延伸到接收阵通道的外罩和一个由连接声波传播通道与轴向延伸孔径到选定阵元的透声口之间所形成的第二波腔组成。本发明的有益效果是(1)在空气中为测试长线水听器阵列的单个阵元提供了所需的声场，同时，通过改变扬声器的激励信号，可以在测试时为单个阵元提供了可选的激励。(2)利用隔声箱和填充隔声材料等隔声设计，能减少正常水听器阵列的测试中所遇到的背景噪声，提高了测试时的信噪比。
文档编号G01H3/00GK103017884SQ20121054973
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者平自红 申请人:中国船舶重工集团公司第七一五研究所