一种横置式矢量水听器测量装置的制作方法

本发明涉及水声探测及水声计量测试领域，主要是一种横置式矢量水听器测量装置。

背景技术：

从技术上讲，潜艇安静化使得其可供远程被动探测的特征大大减弱，导致目前主要工作 于中、高频的被动声纳技术作用距离极大地缩短，而甚低频被动探测技术一直是我国远程探 测声纳技术领域中的一个空白区域。研究表明，无论是安静型潜艇还是噪声潜艇，其在水下 航行时舵机所产生的脉冲以及水平翼与外部涡流间的相互作用、推进电机、风机工作以及螺 旋桨脉动力通过轴系激励艉部艇体振动等多种因素均会不可避免地产生甚低频特征线谱，这 些线谱一般出现在100Hz以下的甚低频，螺旋桨转动产生的轴频在几Hz，而潜艇在一定深度 维持航行时水平舵机工作与艇周边涡流在翼上下周期性振动所产生的脉冲声和水动力涡流调 制更是其特有的特征，主要分布在100Hz以下的甚低频段，这些都是实现甚低频探测的根本 信息源。在关键和核心技术上另辟蹊径，发展针对低噪声或安静型潜艇目标的甚低频远程被 动探测与警戒技术，需求十分迫切。现在这种远程探测与警戒技术的核心部件就是低频矢量 水听器。

低频矢量水听器的主要有速度及加速度水听器两种，一般制作成球形或柱形；根据维数， 矢量水听器分为3D和2D两种，3D矢量水听器有4通道输出，分别为P、X、Y、Z，2D矢量 水听器有3个通道，分别为P、X、Y；对于2D矢量水听器，PXY这3个通道在水平面内，只 有这3个通道同步测量，才能准确反映出其间的相关性，特别是相位的一致性。

目前传统的测量方法是将矢量水听器横置，用橡皮筋或弹簧对水听器进行软连接悬挂， 然后单路测量每个通道的方向性，再根据方向性的极值测量每通道的灵敏度。这种测量方法 存在几个问题，首先是改变了水听器的实际工作状态，有些矢量振子，如动圈式结构的振子 是不允许的改变实际工作状态，换句话说，传统方法是不能测量这种动圈式速度矢量水听器； 其次是每个通道都是单路测量，造成各路间信息失真；最后是采用这种橡皮筋或弹簧悬挂方 式给测量带来不便，经常是受力不均，并且是费时费力。

浮标矢量水听器是一种一次性消耗品，即要求生产成本要低，但性能不能降低。生产成 本中包含一块测量成本，如果按照传统的测量方法测量该矢量水听器指标，至少需要4小时， 测量费用是水听器的直接成本的几倍以上，显然在批量生产时，不可能按照常规方法测量， 时间与费用是不允许的。传统测量方法是将矢量水听器横置，这与实际使用状态不符。矢量 水听器有三个通道，分别为P、X、Y，传统方法是单通道分别测量；以上测量条件决定着本 项目的矢量水听器测量存在较大测量误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种横置式矢量水听器测量装置, 是一种低频矢量水听器性能测量装置，也可以作为一种水声计量用标准装置。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种横置式矢量水听器测量装置，主要包 括振动台、声腔、矢量水听器、测量夹具、支架及转动升降装置，所述的声腔横置使得测量 声波传播方向为水平传播，声腔的一端设有透声膜、声腔的另一端设有非金属材料层作为反 射界面，声腔的上部开口设有矢量水听器，矢量水听器直接置于测量夹具上的低模量声材结 构上，使能三个通道在一个水平面上；振动台提供声源，通过透声膜将振动耦合形成声波， 声波在声腔内水中传播，遇到非金属材料层，反射波与入射波叠加，形成驻波场。

所述的测量夹具与转动升降台相连接，矢量水听器引出输出线至测量控制系统，测量控 制系统给振动台提供信号源，完成方向性的测量，并根据所测的指向性图案自动寻找矢量的 最大值，并进行灵敏度与相位的测量，最后给出测量报告。

所述的声腔的壁厚、长度满足一定要求，其最低的振动模态应远离声腔的工作频率上限。

所述的非金属材料层采用软玻璃板，其声学的特性阻抗与水的相当，形成软边界。

所述的低模量声材结构与矢量水听器接触部分为线接触，矢量水听器4在水中呈软连接 结构。

本发明的有益效果为：在数据采集上，相比传统的测量方法，采用多路同步采集与处理， 保证了通道间的相位一致。本装置自动化程度高，减少了人工的干预，不但提高了便利性， 而且大大缩短了测量时间，测量效率显著提高；本发明具有结构简单、工艺可靠、成本较低、 工作效率高等优点。

附图说明

图1为本发明的横置式矢量测量装置剖面图。

图2为本发明的矢量水听器支撑的低模量声材结构图。

附图标记说明：振动台1、透声膜2、声腔3、矢量水听器4、非金属材料层5、支架6、测量 夹具7、转动升降台8，低模量声材结构9。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如图所示，这种横置式矢量水听器测量装置，主要包括振动台1、声腔3、矢量水听器4、 测量夹具7、支架6及转动升降装置8，所述的声腔3横置使得测量声波传播方向为水平传播， 声腔3的一端设有透声膜2、声腔3的另一端设有非金属材料层5作为反射界面。所述的非 金属材料层5采用软玻璃板，其声学的特性阻抗与水的相当，形成软边界(此材料的声速与 密度与水的基本一致，可以认为声波反射的软边界)。声腔3的上部开口设有矢量水听器4， 矢量水听器4直接置于测量夹具7上的低模量声材结构9上，使能三个通道在一个水平面上， 避免了悬挂带来的弊端。振动台1提供声源，通过透声膜2将振动耦合形成声波，声波在声 腔3内水中传播，遇到非金属材料层5，反射波与入射波叠加，形成驻波场。

所述的测量夹具7与转动升降台8相连接，矢量水听器4引出输出线至测量控制系统， 测量控制系统给振动台1提供信号源，步多路采集矢量水听器的信号，完成方向性的测量， 并根据所测的指向性图案自动寻找矢量的最大值，并进行灵敏度与相位的测量，最后给出测 量报告，自动化测量程度高。

所述的声腔3横置，以便形成的驻波是沿水平方向传播，其次，声腔3的壁厚、长度满 足一定要求，其最低的振动模态应远离声腔3的工作频率上限。

所述的低模量声材结构9与矢量水听器4接触部分为线接触，声材本身的模量较小，因 此矢量水听器可以认为是在水中是软连接的，相当于用橡皮筋或弹簧的悬挂，但省时省力。

第一步：声腔设计

确定声腔所需要的材料，由于腔内装有水等溶液，因此一般选用不锈钢材料；根据所测 量的频率上限，确定声腔的尺寸，如直径、厚度、长度等；声腔一端开口贴上透声膜，另一 端固定软玻璃。

第二步：声场设计

选择合适频率的振动台，对辐射台面进行改造，与透声膜贴紧；另一端由于是软玻璃材 料，与水的密度与声速相当，同时也比较薄，相当于水－空气界面，声波在界面反射，形成 驻波。

第三步:水听器安装

将水听器置于低模量声材结构上，可以通过结构保证三个通道在一个水平面上。

第四步：测量

将水听器的输出线引出，测量控制系统与旋转台开始工作，完成方向性的测量，根据指 向图案的极值，自动寻找矢量通道进行灵敏度自动测量，测量完成后自动形成报告。

本发明特别是针对传统测量方法的不便性，采用将声腔横置，使得测量声波传播方向为 水平传播，保证了与水听器工作状态的一致性，解决由声腔横置而带来的技术问题，如声源 问题、末端声场的边界问题等，声源采用振动台的方式，推动辐射膜在声腔中产生声场，声 腔末端用软玻璃作为反射界面，形成软边界；水听器无需悬挂，直接放到低模量的声材上， 如硅橡胶等，解决了悬挂带来的弊端；采用多路同步采集，自动化测量程度很高；通过上述 的发明，可以测量所有类型的矢量水听器，同时测量省时省力，大大节约了的测量成本。

本测量装置是严格按照矢量水听器的使用状态来建设的，确保水听器的测量状态为实际 工作状态；同时三通道同步测量，保证了三通道间的相位一致；采用了特别的安装方式，不 再采用弹簧或橡皮筋进行悬挂式安装，测量装夹方便，同时自动化测量程度很高，大大降低 测量时间。

通过对几千枚的矢量水听器的测量，可以在一个月内完成测量，根据测量结果，剔除不合 格品，保证了浮标的整体性能，通过部队的使用与反馈，该型浮标性能优良。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换 或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。