CN116125449A - 模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置及方法，包括：换能器基元、外壳平台、遮挡盖板以及吊放装置；换能器基元设置在外壳平台内，换能器基元与外壳平台之间采用刚性连接；换能器基元与遮挡盖板之间采用胶水贴合连接；换能器基元用于模拟低频换能器基阵，外壳平台用于模拟大型平台，遮挡盖板用来模拟低频换能器基阵安装舱段；吊放装置连接设置在外壳平台的外侧壁上。本发明通过测试多种工况下的换能器发送电压响应分析低频声波在水中的声畸变以及声遮挡效应。

Description

模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及水声换能器技术领域，具体地，涉及一种模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置及方法。

背景技术

针对水声对抗和水声支援干扰的现实需求，水声对抗载荷往往需要在载体上共形安装。对于水声对抗载荷而言，工程中不可避免地会出现水声换能器在安装在载体平台前后声性能的变化。

某低频镶拼圆环换能器在搭载筒体后的0.6kHz处的垂直指向性最大起伏超过了10dB，指向性数据归一化的数据如图6所示，而当其未搭载筒体时换能器、0.6kHz处垂直指向性近似全向。

当低频换能器在水下以一定的频率工作时，其表面谐位移通过刚性连接传递到载体平台表面，这相当于对载体平台表面施加了一个多点谐位移激励，一般情况下，当换能器与载体之间采取纯刚性连接，位移传递率较大，载体的基频模态极易被激发而造成较强的受迫振动，这会使得换能器的辐射阻抗和发送电压响应等声学性能发生严重畸变。

公开号为CN108594238B的专利文献公开了一种基于瞬态信号的水声换能器电声性能校准装置及校准方法，包括测试空间及附件部分、发射系统、接收系统以及信号处理系统，测试空间及附件部分包括充满水介质的测试水池、吊放发射换能器和接收换能器的装置、旋转装置；发射系统包括产生正弦脉冲信号的信号发生器、对正弦脉冲信号进行能量放大的功率放大器、对功率放大器和发射换能器之间信号进行匹配的匹配电路、发射换能器；接收系统包括接收换能器、对接收换能器输出进行匹配的前置放大器、对接收信号进行放大的测量放大器、对接收信号进行采集、储存的采集器；信号处理系统包括信号处理器和信号处理软件；旋转装置安装在吊放发射换能器和接收换能器的装置上，发射换能器和接收换能器安装在旋转装置上并置于水介质内，信号发生器产生测试频率的正弦脉冲信号，正弦脉冲信号经功率放大器激励放大，然后通过匹配电路匹配后驱动水下发射器产生具有不失真特征的瞬态声信号并建立瞬态声场；接收换能器接收到的信号经前置放大器和测量放大器放大后，通过数据采集器进行数据采集，并存储；利用信号处理器和信号处理软件对测得的数据进行处理。但是该专利文献的技术方案和解决的问题与本申请不同。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置及方法。

根据本发明提供的一种模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，包括：换能器基元、外壳平台、遮挡盖板以及吊放装置；

所述换能器基元设置在所述外壳平台内，所述换能器基元与所述外壳平台之间采用刚性连接；所述换能器基元与所述遮挡盖板之间采用胶水贴合连接；

所述换能器基元用于模拟低频换能器基阵，所述外壳平台用于模拟大型平台，所述遮挡盖板用来模拟低频换能器基阵安装舱段；

所述吊放装置连接设置在所述外壳平台的外侧壁上。

优选的，所述换能器基元为裸弯曲圆盘换能器基元。

优选的，所述裸弯曲圆盘换能器基元为水中低频声波辐射装置。

优选的，所述外壳平台为碳纤维外壳平台。

优选的，所述碳纤维外壳平台为平台材料类型。

优选的，所述遮挡盖板为碳纤维遮挡盖板。

优选的，所述碳纤维遮挡盖板为透水材料。

优选的，所述换能器基元与所述遮挡盖板之间采用环氧胶水贴合连接。

优选的，所述遮挡盖板上设置有开孔，所述开孔用于流体引入和电缆引出。

本发明还提供一种模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验方法，基于上述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，包括如下步骤：

步骤1：测试换能器基元在水中的发送电压响应，换能器基元为裸弯曲圆盘换能器基元；

步骤2：模拟低频换能器基阵搭载大型平台，将外壳平台与换能器基元刚性连接，测试该工况下换能器基元在水中的发送电压响应；外壳平台为碳纤维外壳平台；

步骤3：利用遮挡盖板开透水孔，包覆外壳平台，模拟低频换能器基阵声遮挡，测试该工况下换能器基元在水中的发送电压响应；遮挡盖板为碳纤维遮挡盖板；

步骤4：对比分析步骤1～3的测试结果，分析声畸变的产生及变化规律。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中利用单只弯曲圆盘换能器作为研究对象，利用碳纤维外壳与其刚性连接模拟低频换能器基阵搭载大型平台，利用碳纤维盖板遮挡换能器模拟低频换能器基阵置于大型平台舱内的声遮挡，通过测试多种工况下的换能器发送电压响应分析低频声波在水中的声畸变以及声遮挡效应；

2、本发明通过模拟低频换能器基阵搭载大型平台产生的声畸变以及低频换能器基阵置于舱内的声遮挡形成，分析不同频率声波在水下的声遮挡变化规律以及低频换能器刚性连接平台的声畸变变化规律；

3、本发明对低频换能器搭载载体设计及其声畸变抑制设计提供了思路。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置的整体结构示意图；

图2为本发明的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验方法的步骤流程图；

图3为本发明的弯曲圆盘换能器基元的发送电压响应曲线；

图4为本发明的搭载碳纤维筒体的换能器发送电压响应曲线；

图5为本发明的搭载筒体的同时添加碳纤维盖板的换能器发送电压响应曲线；

图6为现有技术中一低频镶拼圆环换能器在搭载筒体后的指向性数据归一化的数据图。

图中示出：

换能器基元1                        遮挡盖板3

外壳平台2                          吊放装置4

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供一种模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，包括：换能器基元1、外壳平台2、遮挡盖板3以及吊放装置4，换能器基元1设置在外壳平台2内，换能器基元1与外壳平台2之间采用刚性连接，换能器基元1与遮挡盖板3之间采用胶水贴合连接，换能器基元1用于模拟低频换能器基阵，外壳平台2用于模拟大型平台，遮挡盖板3用来模拟低频换能器基阵安装舱段，吊放装置4连接设置在外壳平台2的外侧壁上。

换能器基元1与遮挡盖板3之间采用环氧胶水贴合连接。遮挡盖板3上设置有开孔，开孔用于流体引入和电缆引出。

遮挡盖板3为碳纤维遮挡盖板，碳纤维遮挡盖板3为透水材料，碳纤维遮挡盖板3为具有高仿真的透水材料，平台材料类型根据被模拟对象的实际材料进行挑选。

换能器基元1为裸弯曲圆盘换能器基元，裸弯曲圆盘换能器基元1为水中低频声波辐射装置，裸弯曲圆盘换能器基元1为具有高信噪比的水中低频声波辐射装置，为一款较为理想的水中低频声波辐射装置。

外壳平台2为碳纤维外壳平台，碳纤维外壳平台2为平台材料类型，碳纤维外壳平台2为具有高逼真性的平台材料类型，平台材料类型根据被模拟对象的实际材料进行挑选。

本实施例还提供一种模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验方法，基于上述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，包括如下步骤：

步骤1：测试换能器基元1在水中的发送电压响应，换能器基元1为裸弯曲圆盘换能器基元；

步骤2：模拟低频换能器基阵搭载大型平台，将外壳平台2与换能器基元1刚性连接，测试该工况下换能器基元1在水中的发送电压响应；外壳平台2为碳纤维外壳平台；

步骤3：利用遮挡盖板3开透水孔，包覆外壳平台2，模拟低频换能器基阵声遮挡，测试该工况下换能器基元1在水中的发送电压响应；遮挡盖板3为碳纤维遮挡盖板；

步骤4：对比分析步骤1～3的测试结果，分析声畸变的产生及变化规律。

实施例2：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。

本实施例提供一种模拟低频换能器基阵搭载大型平台的声畸变产生的试验装置，装置包括换能器基元1、外壳平台2、遮挡盖板3以及吊放装置4，换能器基元为弯曲圆盘换能器基元，外壳平台为碳纤维外壳平台，遮挡盖板为碳纤维遮挡盖板。

在所述弯曲圆盘换能器基元与碳纤维外壳平台，所述弯曲圆盘换能器基元与碳纤维遮挡盖板之间分别采用刚性连接和胶水贴合连接，用于模拟低频换能器基阵的弯曲圆盘换能器基元，用于模拟大型平台的碳纤维外壳平台，用来模拟低频换能器基阵安装舱段的碳纤维遮挡盖板。

进一步的，所述弯曲圆盘换能器基元为具有高信噪比的水中低频声波辐射装置。

进一步的，所述碳纤维外壳平台为具有高逼真性的平台材料类型。

进一步的，所述碳纤维遮挡盖板为具有高仿真的透水材料。

本实施例还提供一种模拟低频换能器基阵搭载大型平台的声畸变产生的试验方法，包括如下步骤：

步骤1：测试裸弯曲圆盘换能器基元在水中的发送电压响应。

步骤2：模拟低频换能器基阵搭载大型平台，将碳纤维外壳平台与换能器刚性连接，测试该工况下换能器基元在水中的发送电压响应。

步骤3：利用碳纤维盖板开透水孔包覆外壳模拟低频换能器基阵声遮挡，测试该工况下换能器基元在水中的发送电压响应。

步骤4：对比分析步骤1-步骤3的测试结果，分析声畸变的产生及变化规律。

实施例3：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。

本实施例还提供一种模拟低频换能器基阵搭载大型平台的声畸变产生的试验装置及方法，具体操作如下：

将事先制作完成的弯曲圆盘换能器基元置入消声水池中，测试其在工作频带内的发送电压响应。

将弯曲圆盘换能器基元刚性连接筒体，用以模拟低频弯曲圆盘换能器基阵搭载大型平台的实际工况，两端镂空避免声波在垂直方向的遮挡，筒体采用碳纤维复合材料，其耐高温、透声性、耐腐蚀性能优异。外部电缆从镂空的垂直方向引出，测试该工况下弯曲圆盘换能器基元同频带内的发送电压响应。

在上述基元搭载筒体的基础上，两端镂空处端面利用环氧胶水使得盖板与筒体粘连，上端盖板开孔以便流体引入和电缆引出。该方法可以模拟低频换能器基阵完全置于密闭透声舱内的工况。盖板同样采用高透声的碳纤维材料。测试该工况下弯曲圆盘换能器基元同频带内的发送电压响应。

依照上述发明得到的实验数据表明，弯曲圆盘换能器搭载平台的声畸变以及碳纤维盖板对其的声遮挡在远离谐振频率的低频处表现并不明显，而在谐振频率附近变化却相对剧烈。该发明对低频换能器搭载载体设计及其声畸变抑制设计提供了思路。

本发明通过测试多种工况下的换能器发送电压响应分析低频声波在水中的声畸变以及声遮挡效应。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，其特征在于，包括：换能器基元(1)、外壳平台(2)、遮挡盖板(3)以及吊放装置(4)；

所述换能器基元(1)设置在所述外壳平台(2)内，所述换能器基元(1)与所述外壳平台(2)之间采用刚性连接；所述换能器基元(1)与所述遮挡盖板(3)之间采用胶水贴合连接；

所述换能器基元(1)用于模拟低频换能器基阵，所述外壳平台(2)用于模拟大型平台，所述遮挡盖板(3)用来模拟低频换能器基阵安装舱段；

所述吊放装置(4)连接设置在所述外壳平台(2)的外侧壁上。

2.根据权利要求1所述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，其特征在于，所述换能器基元(1)为裸弯曲圆盘换能器基元。

3.根据权利要求2所述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，其特征在于，所述裸弯曲圆盘换能器基元(1)为水中低频声波辐射装置。

4.根据权利要求1所述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，其特征在于，所述外壳平台(2)为碳纤维外壳平台。

5.根据权利要求4所述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，其特征在于，所述碳纤维外壳平台(2)为平台材料类型。

6.根据权利要求1所述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，其特征在于，所述遮挡盖板(3)为碳纤维遮挡盖板。

7.根据权利要求6所述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，其特征在于，所述碳纤维遮挡盖板(3)为透水材料。

8.根据权利要求1所述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，其特征在于，所述换能器基元(1)与所述遮挡盖板(3)之间采用环氧胶水贴合连接。

9.根据权利要求1所述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，其特征在于，所述遮挡盖板(3)上设置有开孔，所述开孔用于流体引入和电缆引出。

10.一种模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验方法，其特征在于，基于权利要求1至9任一项所述的模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置，包括如下步骤：

步骤1：测试换能器基元(1)在水中的发送电压响应，换能器基元(1)为裸弯曲圆盘换能器基元；

步骤2：模拟低频换能器基阵搭载大型平台，将外壳平台(2)与换能器基元(1)刚性连接，测试该工况下换能器基元(1)在水中的发送电压响应；外壳平台(2)为碳纤维外壳平台；

步骤3：利用遮挡盖板(3)开透水孔，包覆外壳平台(2)，模拟低频换能器基阵声遮挡，测试该工况下换能器基元(1)在水中的发送电压响应；遮挡盖板(3)为碳纤维遮挡盖板；

步骤4：对比分析步骤1～3的测试结果，分析声畸变的产生及变化规律。

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