CN111189525B - 一种水下爆炸声源声功率测量装置 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0095—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring work or mechanical power

Abstract

本发明提供的是一种水下爆炸声源声功率测量装置。包括混响水池，在混响水池中布放有水听器阵列，在混响水池上方安装有横梁，安全容器吊放在横梁上，待测爆炸声源置于安全容器中，安全容器侧面有航空插头，航空插头一端连接待测爆炸声源、另一端连接起爆器，安全容器外表面均布加速度传感器，加速度传感器和水听器阵列连接数据采集器、数据采集器连接数据处理用计算机。安全容器为一球形压力容器，顶部开口，开口可通过螺栓与封头紧固实现密封，封头上有泄压阀；安全容器上有加压口、压力表、放水口、航空插头。待测爆炸声源通过细绳和弹簧固定在安全容器中，通过航空插头与起爆器连接。本测量系统能够快速准确的测量水下爆炸声源的声功率。

Description

一种水下爆炸声源声功率测量装置
技术领域
本发明涉及的是一种水下声源声功率测量装置。
背景技术
水下爆炸声源具有高功率、宽频带、使用灵活机动等优点，被广泛应用与海洋水声环境调查和主动探测等领域。在使用水下爆炸声源时，准确的测量水下爆炸声源的声功率是前提。目前，水下爆炸声源声功率的测量是通过在海洋环境中测量爆炸声源的声源级得到的(肖勇兵等,海洋水声调查中爆炸声声源级的测量分析,海洋技术学报，2009(2))。这种测量方法主要存在以下问题：一，试验费用昂贵、试验周期长；二，海洋声学环境复杂，背景干扰大，信噪比低；三，接收到的直达波信号会受海底和海面的反射波干扰。
混响水池是一种常用的水下声源声学特性测量装置，利用混响水池开展声学测量具有信噪比高、试验周期短、成本低、重复性好等优点。水下爆炸声源是一种瞬态声源，在时域上持续时间短，瞬时能量高。专利申请号为201811028754.2的专利文件中提供了一种利用混响水池测量瞬态声源声功率的方法,如果利用混响水池测量水下爆炸声源声功率能够弥补现有测量方法的不足。但是，由于水的可压缩性小，爆炸声源在水下引爆时能形成很强的冲击波，直接将爆炸声源置于混响水池中测量可能会损坏水池结构引发安全事故。因此专利公开号CN109238436A的专利文件中所提方法不能直接应用，需要一种测量系统，能够限制水下爆炸声源引爆时的能量，确保试验人员和设施的安全。专利申请号201510967326.6和专利申请号201511016197.9的专利文件中提供了水下爆炸试验装置，这些装置都是用来评价爆炸声源威力的试验装置，无法用于评价水下爆炸声源的声功率。
目前，在现有技术中缺少能够利用混响水池开展水下爆炸声源声功率的测量系统。需要一种能够发挥混响水池优势的水下爆炸声源声功率测量系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够测量水下爆炸声源声功率的水下爆炸声源声功率测量装置。
本发明的目的是这样实现的：
包括混响水池，在所述的混响水池中布放有水听器阵列，在所述的混响水池上方安装有横梁，安全容器吊放在所述横梁上，待测爆炸声源置于所述安全容器中，所述安全容器侧面有航空插头，所述航空插头一端连接待测爆炸声源、另一端连接起爆器，所述安全容器外表面均布加速度传感器，加速度传感器和水听器阵列连接数据采集器、数据采集器连接数据处理用计算机。
本发明还可以包括：
1.水听器阵列中各水听器间距离小于最小分析半波长。
2.所述安全容器为一球形压力容器，安全容器顶部开口，所述开口可通过螺栓与封头紧固实现密封，所述封头上有泄压阀，所述安全容器上有加压口，所述加压口上安装有压力表，所述安全容器底部有放水口。
3.所述安全容器内部安装有四支弹簧，所述待测爆炸声源固定在四支弹簧上。
4.所述待测爆炸声源通过细绳固定在四支弹簧上。
本发明提供了一种水下爆炸声源声功率的测量系统。与现有通过外场试验测量水下爆炸声源声源级的方法相比，本测量系统具有测量周期短、测量成本低、信噪比高、测量不确定度低、可重复等优势。本发明中的安全容器可以通过增压模拟不同海深环境，可以准确测量水下爆炸声源在不同深度爆炸时的声功率。本系统提供的水下爆炸声源声功率测量系统能准确评价爆炸声源的声功率，为海洋环境调查、主动探测等领域提供支撑。
附图说明
图1为本发明的水下爆炸声源声功率测量装置的结构示意图。
图2为安全容器的结构示意图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
结合图1和图2，本发明的水下爆炸声源声功率测量装置包括混响水池1，在所述的混响水池中布放水听器阵列2，要求各水听器间距离小于最小分析半波长；在所述的混响水池上方安装有横梁3，横梁用来吊放安全容器4；所述安全容器为一球形压力容器，安全容器顶部开口401，所述开口可通过螺栓403与封头402紧固实现密封，所述封头上有泄压阀404；所述安全容器上有加压口405，所述加压口上安装有压力表；所述安全容器底部有放水口406；所述安全容器侧面有航空插头407，所述航空插头一端连接安全容器中的待测爆炸声源5、另一端连接起爆器408；所述安全容器外表面均布加速度传感器6；所述安全容器内部安装有四支弹簧409，所述待测爆炸声源通过细绳410固定在弹簧上；水下爆炸声源声功率测量系统还包括数据采集器7和数据处理用计算机8。
利用本发明的水下爆炸声源声功率测量装置，按如下步骤开展水下爆炸声源声功率的测量：
步骤1：将水听器阵2全空间布放在混响水池1中，要求阵元间距小于最高分析频率所对应的半波长；
步骤2：将加速度传感器6安装在安全容器4外表面；
步骤3：将水下爆炸声源5通过细绳410固定在弹簧409上，将引线连接到航空插头407上；
步骤4：向安全容器4中注水，要求水位不超过加压口405位置；
步骤5：将封头402通过螺栓403与开口401密封；
步骤6：通过加压口405对安全容器增压至适当压力；
步骤7：将起爆器408连接到航空插头407上；
步骤8：将安全容器4通过横梁3吊放在混响水池中；
步骤9：利用起爆器408引爆待测水下爆炸声源；利用加速度传感器6采集安全容器的振动数据；利用水听器阵2采集混响水池中声压的时域信号；利用试验数据计算得到水下爆炸声源的声功率。
以上结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理的和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种水下爆炸声源声功率测量装置，其特征是：包括混响水池，在所述的混响水池中布放有水听器阵列，在所述的混响水池上方安装有横梁，安全容器吊放在所述横梁上，安全容器通过横梁吊放在混响水池中，待测爆炸声源置于所述安全容器中，所述安全容器内部安装有四支弹簧，所述待测爆炸声源固定在四支弹簧上，所述安全容器侧面有航空插头，所述航空插头一端连接待测爆炸声源、另一端连接起爆器，所述安全容器外表面均布加速度传感器，加速度传感器和水听器阵列连接数据采集器、数据采集器连接数据处理用计算机。
2.根据权利要求1所述的水下爆炸声源声功率测量装置，其特征是：水听器阵列中各水听器间距离小于最小分析半波长。
3.根据权利要求1或2所述的水下爆炸声源声功率测量装置，其特征是：所述安全容器为一球形压力容器，安全容器顶部开口，所述开口可通过螺栓与封头紧固实现密封，所述封头上有泄压阀，所述安全容器上有加压口，所述加压口上安装有压力表，所述安全容器底部有放水口。
4.根据权利要求3所述的水下爆炸声源声功率测量装置，其特征是：所述待测爆炸声源通过细绳固定在四支弹簧上。
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