[发明专利]一种驻波管矢量水听器校准低频修正方法

说明书

本发明提供的是一种在常规驻波管中校准矢量水听器灵敏度时，对其低频校准结果进行修正的方法：(1)计算弹性声管波导中矢量声场解析解，将其与理想刚性声管波导中的理论解相比对作为第一修正项；(2)对矢量水听器放入声管后带来的弹性声管波导中声场的畸变规律进行数值计算，通过与矢量水听器未放入声管前的弹性声管波导中的声场分析比对，得出声场第二修正项；(3)根据实际测试情况，带入修正项计算最终的矢量水听器灵敏度低频校准结果。本发明有效的补偿了由于声管弹性带来的振动辐射对声管内部声场的影响，同时对于被测物尺度对于声管有限声场空间内平面波场畸变的影响也进行了修正，提高了驻波管中校准矢量水听器灵敏度的准确度和精度。

技术领域

本发明涉及驻波管矢量水听器低频校准领域，具体涉及一种驻波管矢量水听器校准低频修正方法。

背景技术

矢量水听器能够获取水下声场中传播的矢量信号，包括质点位移、加速度、速度以及声压梯度等信号。传统的矢量水听器根据工作机理不同，分为压差式和同振式两种类型，国内外的水声领域对其研究的历史已有几十年，目前已经有了很多成功的应用。

常规的矢量水听器灵敏度校准方法有两种：驻波管方法和自由场方法。一般，对于矢量水听器灵敏度的低频校准采用驻波管法，驻波管方法是利用在声管中形成的平面驻波声场来完成的，其声场各参数之间的数学关系简单、明了。平面驻波声场的建立一般大多采用不锈钢声管来实现，归纳起来有两种形式：一是竖直开口的；二是横置封闭的。比如，杭州应用声学研究所的振动液柱法校准装置中采用的声管就是竖直开口的，还有二十世纪六十年代美国人使用的振动液柱法校准声管，另外，美国CBS实验室的Bauer提出了另一种封闭横置的驻波管型式。

类似的驻波声管还有很多，但是，在驻波管中能够形成平面驻波的前提条件是声管要满足声学刚性，而根据这个条件，声管的壁厚要足够大，且从理论上讲，不锈钢等材质的声阻抗ρC也不能满足要求刚性要求，也就是说，目前现有的声管中的平面驻波基本上都是近似情况，声管实际情况是弹性管，这对于测量结果的准确性会有所影响。

特别是，对于100Hz以下低频驻波声场的设计，根据声管驻波声场形成原理，即使想近似满足平面驻波，声管的设计几何尺寸和质量也很大，约有几吨重，因此，工程上已经不可能实现。

另外，矢量水听器的几何尺寸较一般的声压水听器大，将其置放在有限的声管空间后，亦会造成原有的声场畸变，也会使测量结果不准确。

本发明提出的修正方法可以解决由于声场刚性条件不满足，以及矢量水听器尺寸过大带来的测量误差，从而提高驻波管矢量水听器低频校准精度，也可为驻波管的其它低频测量应用提供参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种为了提高校准结果的准确度在常规驻波管中校准矢量水听器灵敏度时对其低频校准结果进行修正的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种驻波管矢量水听器低频校准修正方法，具体包括如下步骤：

(1)计算弹性声管波导中矢量声场解析解：开始测量，获取测量数据后，将数据带入刚性壁管声场灵敏度校准公式进行计算；

(2)进行第一次修正计算：利用弹性壁管声场与刚性壁管声场相比对，得到第一修正项，将第一修正项与步骤(1)中得到的结果相加补偿，得到考虑声管弹性条件下灵敏度校准结果；

(3)根据实际情况询问是否修正，若修正，进行第二次修正计算：利用无矢量水听器时声场相比对，得到第二修正项，将第二修正项与步骤(2)中得到的考虑声管弹性条件下灵敏度校准结果相加补偿，得到综合考虑声管弹性和矢量水听器尺寸条件下的灵敏度低频校准结果，最后输出该结果；

(4)若不修正，直接输出步骤(2)中得到的结果。

所述的步骤(2)的第一次修正计算具体包括：