CN119437387B - 一种圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置及测量方法 - Google Patents

一种圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置及测量方法

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Abstract

本发明涉及一种圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置及测量方法，包括底座、哈孚、端盖、待测圆管水听器、顶盖、前置放大器、加速度计和激振器；其中，底座包括底盘和凸设于底盘中心的半圆管，底盘上开设有若干大小不一的安装孔，以配合安装不同接口的激振器；半圆管顶部开有一引线槽；哈孚为半圆管结构且其管径与底盘中心的半圆管适配，哈孚内壁中间处沿高度方向间隔设有多个螺纹孔。本发明通过合理的结构设计一级水听器和前置放大电路的结构一体化设计，可对比表征出圆管水听器的轴向加速度响应，为圆管水听器的性能评估与应用提供重要依据。

Description

一种圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置及测量方法
技术领域：
本发明属于水听器检测技术领域，涉及一种圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置及测量方法。
背景技术：
圆管水听器凭借其高灵敏度和宽频带响应特性使其成为拖线阵系统中的理想选择。而其在进行声探测过程中会受到轴向以及径向振动信号的干扰，故加速度灵敏度作为圆管水听器的重要性能指标之一，可反映水听器在受到加速度作用时的响应特性。因此，测量水听器的加速度灵敏度对于评估其在水中的性能至关重要。
目前在进行测试不同尺寸圆管水听器过程中需要更换多套夹具，操作过程复杂，且测试时水听器的前置放大电路一般置于外侧，电磁屏蔽效果相对较差。同时，现有测试方法往往只适用于单一尺寸的圆管水听器，而在进行水听器性能对比测试时更换不同夹具效率较低，且一致性较差。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置及测量方法，通过合理的结构设计一级水听器和前置放大电路的结构一体化设计，可对比表征出圆管水听器的轴向加速度响应，为圆管水听器的性能评估与应用提供重要依据。
本发明的技术解决方案是，提供一种圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置，包括底座、哈孚、端盖、待测圆管水听器、顶盖、前置放大器、加速度计和激振器；其中，
底座包括底盘和凸设于底盘中心的半圆管，底盘上开设有若干大小不一的安装孔，以配合安装不同接口的激振器；半圆管顶部开有一引线槽；
哈孚为半圆管结构且其管径与底盘中心的半圆管适配，哈孚内壁中间处沿高度方向间隔设有多个螺纹孔；
端盖直径与半圆管外径适配，端盖通过紧固件安装于半圆管顶部；
待测圆管水听器为整体灌注成型，固定于半圆管与哈孚围合而成的圆管内部；
顶盖为外径小于哈孚内径的圆柱体，顶盖有两个，分别安装于待测圆管水听器的上下两端，顶盖面向待测圆管水听器的一端向内凹设有与待测圆管水听器外径相同大小的沉孔，待测圆管水听器的端部位于沉孔中并于顶盖过盈配合，位于上端的顶盖顶端还开设有引线孔，待测圆管水听器的引线由引线孔穿出，接入前置放大器输入端；
前置放大器外部采用金属壳封装，内部为前置放大电路，前置放大器置于待测水听器上方并固定于半圆管与哈孚围合而成的圆管内部，并通过端盖夹紧由前置放大器输出端引出的导线；
激振器安装于对应的底盘安装孔上；
加速度计连接于激振器上，确保振动时待测圆管水听器与加速度计保持相同振幅；
底座和哈孚均为金属材料制作而成。
本发明在使用加速度计法测试的基础上，通过合理的结构设计，可适配不同尺寸圆管水听器，且前置放大器置于金属腔内，保证加速度响应信号输出过程均在屏蔽层内部，结构简单且测试稳定，可有效避免现有方案中存在的设计缺陷。
作为优选，半圆管与哈孚围合成圆管后由螺钉紧固。
作为优选，半圆管内壁中间位置伸出内径11.8mm、角度120℃的凸起。避免内部的待测圆管水听器与其内壁直接接触贴合。
作为优选，根据待测圆筒水听器长度选择安装位置，使用长螺钉穿过哈孚侧壁上对应螺孔以顶紧顶盖，使哈孚整体与待测圆管水听器间隙设置，其余未穿设长螺钉的螺孔用螺钉封闭。
作为优选，底座、哈孚、端盖和顶盖采用铝合金材料制作而成。
作为优选，前置放大电路工作频段为10Hz～10kHz，通过差分形式输出，放大量为40dB。
作为优选，加速度计7的灵敏度为100mv/g。
作为优选，加速计使用时一侧连接加速度计电源，并将模拟信号接入示波器。
本发明还提供一种如上述圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置的测量方法，将测量装置的加速度计和底盘固定在刚性振动台的台面上，用加速度计测量待测圆管水听器承受的轴向振动加速度；通过低压电源与加速度计电源分别给待测圆管水听器及加速度计供电，振动台保持垂直方向振动，通过信号源发出特定频率的正弦信号并经过功率放大器放大后传递至振动台；而后待测圆管水听器将获取的声压信息转换为电信号，并输入到前置放大器以及滤波器进行进一步处理，并将处理后的待测圆管水听器与加速度计的电压峰峰值UH与Ua输出端开路电压显示在示波器上；最后根据式(1)可求得待测圆管水听器的轴向加速度灵敏度Ma：
式中，Mar为标准加速度计的灵敏度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提出了一种圆管水听器轴向加速度灵敏度的测量方法。本发明采用加速度计法进行加速度灵敏度的测量，在模拟加速度环境的前提下，将待测水听器与前置放大电路放置在相同的电磁屏蔽环境中，待测圆管水听器与测试台面硬连接，确保无多余信号干扰及振动损失，该装置可适配不同尺寸圆管水听器，测试过程快速准确且稳定性较好。
附图说明：
图1为本发明局部结构示意图；
图2为本发明的装置使用时的示意图；
图3为本发明测量原理图。
具体实施方式：
下面结合附图就具体实施方式对本发明作进一步说明：
本发明的轴向加速度灵敏度测量装置结构部分主要包括底座1、哈孚2、端盖3、待测圆管水听器4、顶盖5、前置放大器6、加速度计7、激振器8。
如图1、2，本实施例中，底座1采用铝合金材料。底座包括底部的底盘，底盘为直径φ64mm的圆柱，厚度10mm，表面直径φ40mm、φ50mm位置处分别开有φ4.5mm、φ9.5mm圆形安装孔以配合安装不同接口的激振器8。圆盘中心升起高度为120mm的外径φ28mm、内径φ14mm的半圆管，半圆管顶部开有一引线槽，两侧开有两个M4螺纹孔，通过端盖3夹紧由前置放大器6输出端引出的导线。半圆管内壁中间位置伸出内径φ11.8mm，角度120℃凸起，待测水听器4及前置放大器6上下设置并放置在底座1的半圆管内侧，而后通过哈孚2上的螺钉将半圆管和哈孚2固定。半圆管侧边开有六处M4螺纹孔，安装时与哈孚2通过螺钉拧紧。安装使用时，待测圆管水听器4轴向与激振器8振动方向一致。
本实施例中，哈孚2采用铝合金材料。整体呈半圆管状结构，哈孚2外径φ28mm、内径φ14mm，高度为85mm，这样可以与半圆管抱合成圆管。哈孚2内壁中间处设有12处M3螺纹孔，根据水听器长度选择安装位置，使用M3长螺钉顶紧顶盖5，哈孚2整体不与待测水听器接触，其余孔未用时用M3短螺钉封紧。侧边开有六处φ4.5mm通孔以与底座1拧紧。
本实施例中，端盖3采用铝合金材料。端盖直径φ28mm，高度4mm。表面开有两直径φ4.5mm通孔以通过螺钉与底座1将待测水听器4的信号线夹紧。
本实施例中，待测圆管水听器4为整体灌注成型。使用时硬连接于半圆管与哈孚2抱合形成的空腔内，底座1与哈孚2均为金属材料，故内部构成屏蔽环境，避免引入外界干扰。元件上端面共2处引脚，即待测圆管水听器信号正负极，接入前置放大器6输入端。
本实施例中，顶盖5采用铝合金材料。整体为外径φ11.8mm圆柱，顶盖5有两个，分别安装于待测圆管水听器4的上下两端，顶盖5面向待测圆管水听器4的一端向内凹设有与待测圆管水听器4外径相同大小的沉孔，待测圆管水听器4的端部位于沉孔中并与顶盖5过盈配合，且固定位置为水听器首尾两侧以避开待测圆管水听器4的感知部分，并将引线孔留出以连接前置放大器6。沉孔内径可根据不同圆管水听器尺寸进行适配。
本实施例中，前置放大器6外部采用金属壳封装，内部为前置放大电路，通过插针引线。前置放大电路工作频段为10Hz～10kHz，通过差分形式输出，放大量为40dB。
本实施例中，加速度计7的灵敏度为100mv/g。将加速度计7硬连接于激振器8上，确保振动时待测圆管水听器4与加速度7计保持相同振幅。使用时一侧连接加速度计电源，并将模拟信号接入示波器。
本发明中采用的测量原理图如图3，测量系统中包括信号源、功率放大器、待测元件、加速度计、激振器、滤波器、示波器、加速度计电源、水听器低压电源等。将加速度计和待测圆管水听器一起固定在刚性振动台(激振器)的台面上，用加速度计测量待测圆管水听器承受的轴向振动加速度。测量时，通过低压电源与加速度计电源分别给待测圆管水听器及加速度计供电，振动台保持垂直方向振动，通过信号源发出特定频率的正弦信号并经过功率放大器放大后传递至振动台。而后待测圆管水听器将获取的声压信息转换为电信号，并输入到前置放大器以及滤波器进行进一步处理，最后将处理后的待测圆管水听器与加速度计的电压峰峰值UH与Ua输出端开路电压显示在示波器上。最后根据式(1)可求得待测圆管水听器的轴向加速度灵敏度Ma：
式中，Mar为标准加速度计的灵敏度。
上述测试方案也可采用激光测振法，即利用激光探头输出激光束聚焦在水听器振动方向的某个面上，反射的激光返回激光探头，由激光测振仪解码器直接测得水听器的振动加速度。而后根据水听器输出的开路电压UH，即可得到待测圆管水听器的加速度灵敏度Ma。
本发明的安装结构上通过增加固定顶盖以适配不同尺寸的圆管水听器，且金属端盖与水听器及振动平台均为硬连接，确保振动传递无损耗。电路上将前置放大电路也放入电磁屏蔽环境内，避免引入多余干扰。由此可精确对比不同频率下圆管水听器的轴向加速度响应能力，测试结果为水听器性能评估提供数据参考。
以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。凡是利用本发明说明书所做的等效流程变换，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置，其特征在于：包括底座、哈孚、端盖、待测圆管水听器、顶盖、前置放大器、加速度计和激振器；其中，
底座包括底盘和凸设于底盘中心的半圆管，底盘上开设有若干大小不一的安装孔，以配合安装不同接口的激振器；半圆管顶部开有一引线槽；
哈孚为半圆管结构且其管径与底盘中心的半圆管适配，哈孚内壁中间处沿高度方向间隔设有多个螺纹孔；
端盖直径与半圆管外径适配，端盖通过紧固件安装于半圆管顶部；
待测圆管水听器为整体灌注成型，固定于半圆管与哈孚围合而成的圆管内部；
顶盖为外径小于哈孚内径的圆柱体，顶盖有两个，分别安装于待测圆管水听器的上下两端，顶盖面向待测圆管水听器的一端向内凹设有与待测圆管水听器外径相同大小的沉孔，待测圆管水听器的端部位于沉孔中并与顶盖过盈配合，位于上端的顶盖顶端还开设有引线孔，待测圆管水听器的引线由引线孔穿出，接入前置放大器输入端；
前置放大器外部采用金属壳封装，内部为前置放大电路，前置放大器置于待测水听器上方并固定于半圆管与哈孚围合而成的圆管内部，并通过端盖夹紧由前置放大器输出端引出的导线；
激振器安装于对应的底盘安装孔上；
加速度计连接于激振器上，确保振动时待测圆管水听器与加速度计保持相同振幅；
底座和哈孚均为金属材料制作而成。
2.根据权利要求1所述的圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置，其特征在于：半圆管与哈孚围合成圆管后由螺钉紧固。
3.根据权利要求2所述的圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置，其特征在于：半圆管内壁中间位置伸出内径11.8mm、角度120℃的凸起。
4.根据权利要求1所述的圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置，其特征在于：根据待测圆筒水听器长度选择安装位置，使用长螺钉穿过哈孚侧壁上对应螺孔以顶紧顶盖，使哈孚整体与待测圆管水听器间隙设置，其余未穿设长螺钉的螺孔用螺钉封闭。
5.根据权利要求1所述的圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置，其特征在于：底座、哈孚、端盖和顶盖采用铝合金材料制作而成。
6.根据权利要求1所述的圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置，其特征在于：前置放大电路工作频段为10Hz～10kHz，通过差分形式输出，放大量为40dB。
7.根据权利要求1所述的圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置，其特征在于：加速度计（7）的灵敏度为100mv/g。
8.根据权利要求7所述的圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置，其特征在于：加速计使用时一侧连接加速度计电源，并将模拟信号接入示波器。
9.如权利要求1-8任一项所述的圆管水听器轴向加速度灵敏度测量装置的测量方法，其特征在于：将测量装置的加速度计和底盘固定在刚性振动台的台面上，用加速度计测量待测圆管水听器承受的轴向振动加速度；通过低压电源与加速度计电源分别给待测圆管水听器及加速度计供电，振动台保持垂直方向振动，通过信号源发出特定频率的正弦信号并经过功率放大器放大后传递至振动台；而后待测圆管水听器将获取的声压信息转换为电信号，并输入到前置放大器以及滤波器进行进一步处理，并将处理后的待测圆管水听器与加速度计的电压峰峰值UH与Ua输出端开路电压显示在示波器上；最后根据式(1)可求得待测圆管水听器的轴向加速度灵敏度Ma：
式中，Mar为标准加速度计的灵敏度。
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