CN204924435U - 一种水听器低频灵敏度测量声管 - Google Patents

一种水听器低频灵敏度测量声管 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种水听器低频灵敏度测量声管。现有振动液柱法所组成的测量系统仪器较多、造价昂贵、无法在普通的实验室和生产现场使用。本实用新型的有机玻璃内管套置在有机玻璃外管内，有机玻璃外管与有机玻璃内管之间形成硅油容纳腔；两根压电陶瓷圆管同轴设置在硅油容纳腔内；两根压电陶瓷圆管之间采用软木材料连接；上部的压电陶瓷圆管与上盖板之间、下部的压电陶瓷圆管与下盖板之间均设有软木垫片；两根压电陶瓷圆管并联连接，其正、负电极均通过双芯屏蔽导线与信号源的输出端连接；硅油容纳腔的顶部由上盖板密封，底部由下盖板密封；硅油容纳腔内充满硅油。本实用新型可提高测量的信噪比，设备简单，适合于普通实验室和生产现场使用。

Description

一种水听器低频灵敏度测量声管
技术领域
本实用新型属于水声校准和测量领域，涉及一种测量装置，具体是一种可进行水听器声压灵敏度比较法测量的声管。
背景技术
随着海洋开发活动的不断增加，用于水下环境和目标探测的水声技术得到了越来越广泛的应用。水声声压是水声测量中广泛应用的参数，水听器的灵敏度是测量的关键因素。
对水听器灵敏度的校准和测量有多种方法，其中，互易法是利用压电互易原理工作的一种绝对方法。在小于2kHz的低频段，最常用的互易法为耦合腔互易法，对水听器进行测量和校准时所能达到的不确定度一般小于0.5dB，主要用于校准标准水听器。但是，采用耦合腔互易法时对被校水听器的外形和尺寸有严格的要求，这就限制了其使用范围，为此，振动液柱法获得了广泛使用。在该种方法中，待测水听器被放置在由振动台激励的液腔中，而受激液腔的运动加速度由标准加速度计测量，经过换算可获得待测水听器所在位置处的等效声压；因此，在测量出待测水听器的输出电压后，便可计算出其灵敏度大小。使用振动液柱法可以测量20Hz～2000Hz频率范围内的水听器灵敏度及频率响应。
相比于耦合腔互易法，振动液柱法校准和测量对水听器的外形和尺寸没有太多的要求，测量不确定度一般小于0.7dB，能满足大多数用户的要求。但是，应用该种方法所组成的测量系统仪器较多、特别是振动台造价昂贵、占地面积相对较大，无法在普通的实验室和生产现场得到使用。
发明内容
本实用新型的目的在于针对传统测量方法和系统程序繁琐、成本昂贵、体积较大等问题，提出一种基于比较法的水听器低频灵敏度测量声管，该设备构造简单、体积小、操作简单，能够对不同结构形状的水听器进行灵敏度测量，且测量不确定度一般小于1.0dB，特别适合于在普通实验室和生产现场使用。
本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
本实用新型包括有机玻璃外管、有机玻璃内管、压电陶瓷圆管、下盖板、上盖板、硅油和双芯屏蔽导线；所述的有机玻璃内管套置在有机玻璃外管内，有机玻璃外管与有机玻璃内管之间形成硅油容纳腔；两根压电陶瓷圆管同轴设置在硅油容纳腔内；两根压电陶瓷圆管之间采用软木材料连接以消除耦合振动；上部的压电陶瓷圆管与上盖板之间、下部的压电陶瓷圆管与下盖板之间均设有软木垫片；两根压电陶瓷圆管并联连接，其正、负电极均通过双芯屏蔽导线与信号源的输出端连接；所述硅油容纳腔的顶部由上盖板密封，底部由下盖板密封；硅油容纳腔内充满硅油。
所述有机玻璃外管和有机玻璃内管的外径分别为22cm和18cm，厚度均为1cm、高度均为35cm。
所述的压电陶瓷圆管是用于产生驻波声场的有源材料，外径为20cm、厚度为1cm、高度为15cm，采用PZT-8压电圆管。
所述的上盖板和下盖板均为圆盘，外径均为25cm，厚度均为1cm，材料为不锈钢；上盖板的中心处开设有直径为15cm的圆柱孔；上盖板、下盖板、有机玻璃外管和有机玻璃内管一起构成密封外壳。
所述的硅油作为声耦合材料。
所述的压电陶瓷圆管通过双芯屏蔽导线传输信号源的激励信号，并辐射出相应的激励声压信号，激励声压信号传播到有机玻璃内管上，形成的声波透过有机玻璃内管中的水介质形成驻波声场；使用示波器分别测量标准水听器和待测水听器在驻波声场中相同位置处的输出电压。
所述有机玻璃内管的中心轴线作为水听器的测量位置。
本实用新型的有益效果：
(1)以压电陶瓷圆管作为有源材料、利用有机玻璃内管液腔形成的驻波声场进行测量，在小信号激励下便能产生测量所需要的声压信号，即使用信号源的输出信号激励便能形成较强的声压幅度，简化了测量系统的构成。
(2)由于有机玻璃内管液腔中央位置是驻波声场的波峰位置，具有相对较大的声压幅度，因此，水听器放置在有机玻璃内管液腔中央位置可提高测量的信噪比；同时，由于波峰周围声压随位置的变化相对较小，这也减小了测量中定位不准所造成的误差。
(3)有机玻璃内管采用开口式结构，适用于对不同形状和尺寸的水听器的测量，扩展了设备的适用范围。
(4)相比与传统的耦合腔、振动液柱等校准系统，有机玻璃内管液腔具有相对较大的体积容量，对被测水听器的尺寸和形状等的限制相对较小。
(5)构造简单、操作方便，能够作为移动和便携式设施使用。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构剖视图；
图2为本实用新型采用比较法测量待测水听器灵敏度的工作原理图。
图中：1、有机玻璃外管，2、有机玻璃内管，3、压电陶瓷圆管，4、下盖板，5、上盖板，6、硅油，7、双芯屏蔽导线，8、声管，9、水听器，10、信号源，11、示波器，12、水介质。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
如图1所示，一种水听器低频灵敏度测量声管，包括有机玻璃外管1、有机玻璃内管2、压电陶瓷圆管3、下盖板4、上盖板5、硅油6和双芯屏蔽导线7。有机玻璃内管2套置在有机玻璃外管1内，有机玻璃外管1与有机玻璃内管2之间形成硅油容纳腔；两根压电陶瓷圆管3同轴设置在硅油容纳腔内；两根压电陶瓷圆管3并联连接，其正、负电极均通过双芯屏蔽导线7连接到信号源10的输出端；两根压电陶瓷圆管之间采用软木材料连接以消除耦合振动，上部的压电陶瓷圆管与上盖板之间、下部的压电陶瓷圆管与下盖板之间均设有软木垫片。压电陶瓷圆管3是用于产生驻波声场的有源材料；硅油容纳腔的顶部由上盖板5密封，底部由下盖板4密封；硅油6作为声耦合材料注满硅油容纳腔，以保证压电陶瓷所辐射的声波能传播到有机玻璃内管上。
如图2所示，测量过程中，该水听器低频灵敏度测量声管8的双芯屏蔽导线7连接到信号源10的输出端，信号源发射所需测量频率的连续波信号。在有机玻璃内管2中充满水介质12后，先将标准水听器9放置于有机玻璃内管2内部中央的位置，标准水听器9的输出信号通过电缆接入示波器11，并通过示波器读取标准水听器9的输出电压信号。在完成对标准水听器的测量后，保持信号源的输出电压不变，将标准水听器移出声管，并将待测水听器放置在先前标准水听器9放置的相同位置处。将待测水听器与示波器11连接后，使用示波器读取待测水听器的输出电压信号。
如果标准水听器的灵敏度为M0；输出电压为u0，待测水听器的输出电压为ux,则待测水听器的灵敏度可表示为：
MX＝(uX/u0)M0
当有机玻璃内管2的外径为20cm，高为15cm时，使用该水听器低频灵敏度测量声管测量水听器声压灵敏度的频率范围为100Hz～2000Hz。

Claims (7)

1.一种水听器低频灵敏度测量声管，包括有机玻璃外管、有机玻璃内管、压电陶瓷圆管、下盖板、上盖板、硅油和双芯屏蔽导线，其特征在于：
所述的有机玻璃内管套置在有机玻璃外管内，有机玻璃外管与有机玻璃内管之间形成硅油容纳腔；两根压电陶瓷圆管同轴设置在硅油容纳腔内；两根压电陶瓷圆管之间采用软木材料连接以消除耦合振动；上部的压电陶瓷圆管与上盖板之间、下部的压电陶瓷圆管与下盖板之间均设有软木垫片；两根压电陶瓷圆管并联连接，其正、负电极均通过双芯屏蔽导线与信号源的输出端连接；所述硅油容纳腔的顶部由上盖板密封，底部由下盖板密封；硅油容纳腔内充满硅油。
2.根据权利要求1所述的一种水听器低频灵敏度测量声管，其特征在于：所述有机玻璃外管和有机玻璃内管的外径分别为22cm和18cm，厚度均为1cm、高度均为35cm。
3.根据权利要求1所述的一种水听器低频灵敏度测量声管，其特征在于：所述的压电陶瓷圆管是用于产生驻波声场的有源材料，外径为20cm、厚度为1cm、高度为15cm，采用PZT-8压电圆管。
4.根据权利要求1所述的一种水听器低频灵敏度测量声管，其特征在于：所述的上盖板和下盖板均为圆盘，外径均为25cm，厚度均为1cm，材料为不锈钢；上盖板的中心处开设有直径为15cm的圆柱孔；上盖板、下盖板、有机玻璃外管和有机玻璃内管一起构成密封外壳。
5.根据权利要求1所述的一种水听器低频灵敏度测量声管，其特征在于：所述的硅油作为声耦合材料。
6.根据权利要求1所述的一种水听器低频灵敏度测量声管，其特征在于：所述的压电陶瓷圆管通过双芯屏蔽导线传输信号源的激励信号，并辐射出相应的激励声压信号，激励声压信号传播到有机玻璃内管上，形成的声波透过有机玻璃内管中的水介质形成驻波声场；使用示波器分别测量标准水听器和待测水听器在驻波声场中相同位置处的输出电压。
7.根据权利要求1所述的一种水听器低频灵敏度测量声管，其特征在于：所述有机玻璃内管的中心轴线作为水听器的测量位置。
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