一种线列阵低频性能自动校准装置的制作方法

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本实用新型涉及一种线列阵低频性能自动校准装置。


背景技术：

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由于线列阵工作效率低、声段的孔径很大，用现有装置和常规的自由场校准方法是很难对其进行测量校准的。国外自70年代初开始与拖曳线列阵的研制同步进行了多项校准技术和设备的研究，其中包括垂直悬挂法、缠绕法、空气密封箱法、车轮形密封水管法，但这些方法只能校准基元或声段的复灵敏度并且精度不够高。
[0003]
为了更准确便利地校准线列阵，在80年代后期，逐渐发展出了一种在管中校准线列阵的新方法。其校准的基本原理是：管中沿管轴方向放置发射换能器列和监测水听器列，首先测量校准系统的传递函数，然后通过传递函数的逆得到所需发射换能器列驱动的幅度和相位，驱动发射换能器列在管中产生一个等效于沿任意角度入射的自由场平面波的声压场。不仅可以校准线列阵或阵元灵敏度，还可以测量阵的远场指向性。由于校准是在密封声管中进行的，还能对管中的温度和压力进行控制。但该领域仍缺乏以自动化技术来极大的减轻人工作业，在自动化技术日趋成熟的现今，应将自动化技术与在声管中对线列阵进行测量校准方法结合起来应用于实验室中对线列阵进行测量校准。


技术实现要素：

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本实用新型为克服现有技术不足，满足线列阵及其阵元在实验或生产条件下声学性能的测试需求，解决测试所需声场条件和测试装置问题，是一种主要用于对20hz-1khz范围内对线列阵及其阵元进行自动化校准的检测装置。主要由不锈钢声管、水处理装置、低频声源及水听器阵列、阵列自动传送装置、监控传感器、多通道信号发生器及功率放大器、信号采集系统等部分组成。
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本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为:
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对于长度20m-200m不等的拖曳线列阵来说，常规方法检测中手动对线列阵进行安装或调整十分不便，并且会造成一定的误差。并且对于长度较长的线列阵安装和检修都是一项大工程，并且会产生大量人力物力资源的耗费。以现有方法技术来讲，在20hz-1khz低频范围内对线列阵进行精确校准的自动化系统也还未现于世。
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为了减轻人工作业的负担，在整个装置中不锈钢声管由多段声管结构组合，采用水密封结构，由法兰连接而成。边端管道的端面安装低频发射声源，中间段管道安装辅助发射器，分别产生20hz-100hz驻波声场和100hz-1khz的近似均匀场；声管内部固定滚轮机构，引导驱动线列阵沿声管轴线运动。线列阵在管中的位置可以通过机械移动装置进行调整，通过自动传送装置将完成整个待校阵列的位置移动，使其能顺利地进入声管、在声管中运动和移出声管。
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在线列阵进出口两端各安置一个监视传感器对线列阵及阵元进行计数和特征识别。水处理装置由不锈钢水槽、除气泵和水循环管路构成，利用电磁阀驱动实现自动注水排
水，同时驱动声管内部的水循环流动去除水中残留的气泡。
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利用多通道信号发生器和功率放大器组合作用于声源的发射驱动，低频换能器由二只功率放大器分别驱动，辅助发射阵中每二只换能器由一台功率放大器驱动，发射板卡能产生24通道的独立信号输出，其中2通道用于驱动低频换能器，在20hz-100hz频段形成驻波声场；其余20通道驱动辅助发射阵，用于在100hz-1khz频段调节校准区域中的声压分布。
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最后，信号采集系统将采集后的信号处理后利用总线传输进入上位机，通过上位机软件对线列阵阵元与标准水听器灵敏度和幅相一致比较，从而实现校准。
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本实用新型的基本原理：在管中沿管轴方向布放发射换能器列和标准水听器列，首先测得校准系统的传递函数，然后通过传递函数的逆得到所需发射换能器列驱动的幅度和相位，驱动发射换能器列在管中产生一个等效于沿任意角度入射的自由场平面波的声压场：在20hz-100hz范围内通过调节声管两端安装的低频换能器相位差，在声管中校准区域形成驻波声场；在100hz-1khz范围内的发射声源采用0.3m间隔安装在不锈钢管内部的圆环形换能器阵列产生均匀声场。利用比较法将待测线列阵阵元与的标准水听器进行比较来校准水听器阵元灵敏度和幅相一致性。
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本实用新型的有益效果在于：本实用新型是在20hz-1khz低频范围内对线列阵进行自动化校准装置，整个过程对自动化要求极高，大大的提高了校准效率并能够有效避免手动安装线列阵和手动采集数据时产生的误差。除了利用可编程控制器(plc)控制线列阵移动的行走机构外，信号采集系统可以同时采集多路标准水听器的信号数据并通过总线传输进入上位机进行线列阵阵元信号值与标准水听器的灵敏度和幅相一致性比较,使得整个流程高度自动化集成化，减少了测量校准的工作量。
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在全部测量工作完成后，上位机将汇集全部的测量系统状态设定、环境条件等信息，完成待测阵元灵敏度和幅相一致性测量结果校准，最终给出整个测量过程的测试报告。
附图说明
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图1是声管自动检测左侧和右侧正视图；
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图2是声管内部分布三维图；
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图3是硬件流程图。
具体实施方式
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下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
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如图1所示，本实用新型中声管结构及其行走机构装置包括左侧收线排线机构1、线列阵2、圆环形换能器阵列3、行走机构机架4、标准水听器5、不锈钢声管6和右侧放线排线机构7组成。其中声阵列自动传送装置由排线装置组成，分别在设备左右各一套也就是图1中的结构1和结构7，该装置包括安装底架、底座直线驱动装置、滑台、滚筒支架、滚筒直驱机构等，具备增加张力，计算卷进位置，以及自动排线，收线放线功能。结构6是不锈钢声管，声管腔体采用不锈钢无缝钢管焊接而成，采用水密封结构，由法兰连接。管道上开有安装水听器和辅助发射器的机构，还设计了固定和驱动线阵列在监测时可行走运动的滚轮机构。其中，低频发射声源安装在声管的两端，用于产生20hz-100hz的驻波声场；结构3是间隔0.3m安装在不锈钢声管内部的圆环形换能器阵列作为辅助发射声源，用于产生100hz-1khz的近
似均匀声场。线阵列2位于声管内部，定位在声管轴线附近，且与声管轴线平行。导轮机构可以支撑住线阵列，保持其在声管内的形状满足要求，在驱动导轮跟收放线滚筒共同驱动下，可以保证线阵列在声管内部均匀运动，且不被过多不均匀的力拉扯。结构4主体机架由机架模块拼接而成，设计了方便调平且结构稳定的地脚机构。
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具体操作方法如下：
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首先安装装置，声管两端低频发射声源用于20hz-100hz频段线列阵校准，校准时通过调节两只换能器的相位差形成均匀驻波声场；若用于在100hz-1khz频段内校准线列阵，发射声源采用辅助发射换能器即安装在不锈钢圆管内部以30cm间隔的球形水听器组成的水听器阵列来产生近似均匀的声场。
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在声管腔体中段安装标准水听器，中段外部安装水槽，在测量开始前打开使其管道充满水介质，并对待测线列阵阵元进行标记，线列阵进出两端口安装监控传感器实时监控阵元进出情况并且方便记录数据以完成测量校准，安装好后进行系统自检。
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选择校准频率，多通道信号发生器和功率放大器驱动低频声源，并使得信号满足p(θ，z)＝p0e
jkzsinθ
的条件以利用标准水听器进行声场均匀性检测，判断是否满足检测要求。若满足要求，在监控传感器正常监控下，将标记好的声阵列利用阵列自动传送装置中放线排线机构缓慢均匀的将声阵列穿过充满水的声管，并且注意没有气泡的产生。在线列阵成功穿过声管且已被水润湿，观察信号稳定后，利用信号采集系统对标准水听器和待测线列阵的信号进行采集并上传，实现线列阵阵元与标准水听器灵敏度和幅相一致性比较，从而达到校准目的。