CN102155985A - 水听器高静水压声压灵敏度测试装置 - Google Patents

水听器高静水压声压灵敏度测试装置 Download PDF

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张发祥
张文涛
李芳�
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Abstract

本发明公开了一种水听器高静水压声压灵敏度测试装置，包括：激振器，用于产生振动信号；液柱缸，作为测试的容器；安装于液柱缸底部的薄板，用于将振动信号转换为液体中的声压信号；安装于液柱缸顶部的密封盖，用于与液柱缸以及薄板形成密闭容器；安装于液柱缸下方的基座，用于限制激振器的振动方向并支撑薄板，以防止薄板在高静水压作用下产生较大形变；标准水听器，用于测量声压；安装于液柱缸上的压力表，用于测量静水压；安装于液柱缸上的高压阀门，通过该高压阀门可以向液柱缸内注入液体；以及至少一个开于密封盖上的孔，用于引出水听器以及待测水听器的连接线。利用本发明，解决了传统测试方法不能进行高静水压灵敏度测试的问题。

Description

水听器高静水压声压灵敏度测试装置
技术领域
本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种水听器声压灵敏度测量装置。
背景技术
水听器是把水下声信号转换为电信号的换能器。声波是人类迄今为止所知的唯一能在水下进行远距离传播的能量形式，因此，作为水下声信号探测的主要装备，水听器在水下资源勘探、目标探测等等方面承担着重要作用。
在进行水声信号探测时，由于水下特殊的工作环境，水听器往往需要承受上兆帕甚至几十兆帕的静水压。静水压的存在可能对水听器的声压灵敏度等关键特性造成影响。因此，作为一种重要的水下装备，特别是应用于深水的情况，水听器在生产、使用过程中需要对其静水压下的声压灵敏度进行测量，以保证水听器在水下工作时有良好的性能。
传统的水听器声压灵敏度测试的方法包括自由场校准法、振动液柱法、密闭腔校准法等。自由场校准法一般在消声水池中通过互易校准原理对水听器进行校准。陈毅等报道了高静水压下水听器自由场灵敏度的校准装置及校准方法(声学与电子工程，第3期，2005年；计量学报，第29卷，第3期，2008年)，但该方法需要建立消声水池，对校准设备及场地要求较高。振动液柱法通过振动台支撑液柱缸产生振动，从而使液柱缸中的液体中产生驻波场。张文涛等在申请专利CN 101813511中公开了一种水听器声压灵敏度测试装置，该装置可通过振动台实现声压灵敏度的测量并降低水听器的测试成本、减小测试设备体积。但是，由于整个液柱缸随振动台振动，该方法很难实现密封，无法用于测试水听器的高静水压声压灵敏度。密闭腔校准法在一个充满液体的刚性密闭腔内，由发射换能器在腔内建立一声场。但是在高静水压情况下，该方法需要良好的设计以实现密封并方便传感器拆卸，以减小测试工作量。而且，该方法对发射换能器的性能提出了很高的要求，发射换能器必须在高静水压下具有良好的性能。这样的发射换能器往往成本较高，且不易更换。
因此，本发明提供一种水听器高静水压声压灵敏度测试装置，该装置可以方便实现水听器高静水压声压灵敏度测量，且成本低廉、便于组装。这是完善水听器测试方法、拓展水听器应用环境所必须解决的重要技术问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种水听器高静水压声压灵敏度测试装置，解决传统测试方法不能进行高静水压灵敏度测试的问题，并实现低成本，便于组装的测试装置。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种水听器高静水压声压灵敏度测试装置，该装置包括：
激振器10，用于产生振动信号；
液柱缸20，作为测试的容器；
安装于液柱缸20底部的薄板30，用于将振动信号转换为液体中的声压信号；
安装于液柱缸20顶部的密封盖40，用于与液柱缸20以及薄板30形成密闭容器；
安装于液柱缸20下方的基座50，用于限制激振器10的振动方向并支撑薄板30，以防止薄板30在高静水压作用下产生较大形变；
标准水听器70，用于测量声压；
安装于液柱缸20上的压力表80，用于测量静水压；
安装于液柱缸20上的高压阀门90，通过该高压阀门90可以向液柱缸20内注入液体；以及
至少一个开于密封盖40上的孔42，用于引出水听器70以及待测水听器的连接线。
上述方案中，该水听器高静水压声压灵敏度测试装置进一步包括一个用于推靠激振器10，使激振器10与薄板30紧密耦合的弹簧60。
上述方案中，所述液柱缸20的长度大于直径，以便在液柱缸20中形成驻波场。
上述方案中，所述薄板30为有较大的抗弯强度的弹性材料，以保证在高静水压作用下不会产生较大形变。
上述方案中，所述密封盖40进一步装有水听器夹具41，用于夹持标准水听器70及待测水听器。
上述方案中，所述基座50进一步装开有中心孔51，用于限制激振器10的振动方向，并且弹簧60可以安装在该中心孔51中；
上述方案中，所述孔42为带凹槽的螺纹孔，以方便密封。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的水听器高静水压声压灵敏度测试装置，通过激振器激励薄板在密闭液柱缸中产生声场，可以实现不同静水压环境下水听器声压灵敏度的测量。
2、本发明提供的水听器高静水压声压灵敏度测试装置，不需要在液柱缸20中安装发射换能器，降低了设备的复杂性，降低了制作成本。
附图说明
图1为本发明提供水听器高静水压声压灵敏度测试装置示意图；
图2为本发明提供水听器高静水压声压灵敏度测试装置注水示意图；
图3为本发明提供水听器高静水压声压灵敏度测试装置孔42密封示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1～图3所示，该水听器高静水压声压灵敏度测试装置包括：用于产生振动信号的激振器10；液柱缸20，作为测试的容器；安装于液柱缸20底部的薄板30，用于将振动信号转换为液体中的声压信号；安装于液柱缸20顶部的密封盖40，用于与液柱缸20以及薄板30形成密闭容器；安装于液柱缸20下方的基座50，用于限制激振器10的振动方向并支撑薄板30，以防止薄板30在高静水压作用下产生较大形变；弹簧60，用于推靠激振器10，使激振器10与薄板30能够良好的耦合；标准水听器70，用于测量声压；安装于液柱缸20上的压力表80，用于测量静水压；安装于液柱缸20上的高压阀门90，通过该高压阀门90可以向液柱缸20内注入液体。
本实施例中的激振器10为压电陶瓷片或动圈激振器，能够在电信号的作用下产生振动信号。激振器10可以粘贴在薄板30上。为使激振器10能与薄板30更好耦合，可安装弹簧60及底盖52，底盖52可以通过螺纹安装在中心孔51上，通过拧紧底盖52可以使弹簧60推靠激振器10。在弹簧60的支撑下，激振器10与薄板30能够很好的耦合，薄板30在激振器10的振动下产生振动，从而在液柱缸20中激发出声场。
液柱缸20的高度大于直径，以保证在液柱缸内能够形成稳定的驻波场，该驻波场在同一平面内的声压可以近似认为是相同的。
薄板30为弹性板，该薄板具有较高的抗弯强度，以保证薄板30在高静水压下不会产生较大的形变，薄板30通过焊接或螺纹密封连接安装在液柱缸20底部，并实现高静水压密封。
密封盖40密封螺纹与液柱缸20连接并实现密封，密封盖40上开有至少1个孔42，水听器连接线可通过该孔42引出。在本实施例中，密封盖40上开有2个孔42，分别用于引出标准水听器70的连接线71和被测水听器的连接线。孔42为带凹槽的螺纹孔，在进行密封时，将水听器连接线穿过该孔42，在孔42的凹槽上安装一密封垫圈44，并通过安装一带孔螺柱43挤压密封垫圈44，从而达到密封效果。
本发明所提供的水听器高静水压声压灵敏度测试的使用方法为：将底座液柱缸20筒过螺纹连接或焊接的方法固定在基座50上，将激振器10、弹簧60、底盖52依次安装在基座50的中心孔51中，并通过拧紧52的螺纹给弹簧60一定的预应力，使弹簧60将激振器10推靠在薄板30上。将待测水听器及标准水听器70分别安装在水听器夹具41上，安装方式一般为用金属丝捆住或用胶布粘住。水听器连接线则通过孔42引出并进行密封。将顶盖40安装在液柱缸20上，安装方式一般为通过螺纹安装，并在螺纹上缠绕密封胶带以达到密封的目的。压力表80和高压阀门90分别通过螺纹安装或焊接的方法安装在液柱缸20的侧壁上。测试前，将高压阀门90打开，并通过水泵91向液柱缸内注水，带压力表80显示达到测试所需压强时关闭高压阀门90。通过给激振器10施加电信号，使液柱缸中产生声场，通过将待测水听器与标准水听器70进行比较，可以实现声压灵敏度的测量。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水听器高静水压声压灵敏度测试装置，其特征在于，该装置包括：
激振器(10)，用于产生振动信号；
液柱缸(20)，作为测试的容器；
安装于液柱缸(20)底部的薄板(30)，用于将振动信号转换为液体中的声压信号；
安装于液柱缸(20)顶部的密封盖(40)，用于与液柱缸(20)以及薄板(30)形成密闭容器；
安装于液柱缸(20)下方的基座(50)，用于限制激振器(10)的振动方向并支撑薄板(30)，以防止薄板(30)在高静水压作用下产生较大形变；
标准水听器(70)，用于测量声压；
安装于液柱缸(20)上的压力表(80)，用于测量静水压；
安装于液柱缸(20)上的高压阀门(90)，通过该高压阀门(90)可以向液柱缸(20)内注入液体；以及
至少一个开于密封盖(40)上的孔(42)，用于引出水听器(70)以及待测水听器的连接线。
2.根据权利要求1所述的水听器高静水压声压灵敏度测试装置，其特征在于，该水听器高静水压声压灵敏度测试装置进一步包括一个用于推靠激振器(10)，使激振器(10)与薄板(30)紧密耦合的弹簧(60)。
3.根据权利要求1所述的水听器高静水压声压灵敏度测试装置，其特征在于，所述液柱缸(20)的长度大于直径，以便在液柱缸(20)中形成驻波场。
4.根据权利要求1所述的水听器高静水压声压灵敏度测试装置，其特征在于，所述薄板(30)为有较大的抗弯强度的弹性材料，以保证在高静水压作用下不会产生较大形变。
5.根据权利要求1所述的水听器高静水压声压灵敏度测试装置，其特征在于，所述密封盖(40)进一步装有水听器夹具(41)，用于夹持标 准水听器(70)及待测水听器。
6.根据权利要求1所述的水听器高静水压声压灵敏度测试装置，其特征在于，所述基座(50)进一步装开有中心孔(51)，用于限制激振器(10)的振动方向，并且弹簧(60)可以安装在该中心孔(51)中。
7.根据利要求1所述的水听器高静水压声压灵敏度测试装置，其特征在于，所述孔(42)为带凹槽的螺纹孔，以方便密封。 
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