[发明专利]一种基于圆形导轨的旋转式水听器复数灵敏度绝对校准的方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于圆形导轨的旋转式水听器复数灵敏度校准方法与系统，该校准方法涉及水听器校准领域，主要用于水听器和互易换能器复数灵敏度的校准，也可用于互易换能器和辅助换能器发射电流响应的测量。本发明利用圆形导轨上半径处处相等以及圆周法向方向始终对准圆心的原理，能够利用圆形导轨的半径直接得到换能器对之间的距离，并根据圆周角度关系，实现换能器对之间的准确对准。结合互易校准原理，对圆形导轨条件下的自由场互易校准公式进行化简，减小由于换能器对之间距离测量误差和声中心偏差对测量产生的影响，进一步降低测量不确定度，弥补当前水听器互易校准的不足。

技术领域

本发明涉及水声测量领域，属于水听器校准领域，主要是一种基于圆形导轨的旋转式水听器复数灵敏度绝对校准的方法与系统。

背景技术

随着水声技术的发展，水声计量对保障水声设备的性能指标以及正常使用都具有重要作用。自由场是最接近换能器、水听器等水声设备实际工作环境的声场，因此自由场校准的研究对保障水声换能器和水听器的研制和实际应用具有重要作用。

长期以来，水听器的自由场校准可分为绝对校准和相对校准。绝对校准仅利用物理原理以及已经校准过的仪器仪表开展换能器和水听器的水声参数的测量。在绝对校准过程中，由于没有引入标准水听器，绝对校准具有较低的测量不确定度，其典型代表就是互易法校准。相对校准则是利用经过绝对校准后的标准器作为参考，进行换能器和水听器的水声参数测量。与绝对校准相比较，相对校准虽然原理简单，易于操作，但是其测量不确定度相对较大，不适用于参考水听器的校准和标准装置的检验。同时，相对校准的测量不确定度很大程度上取决于参考标准水听器，并且无法开展复数灵敏度的校准。当前，水听器的绝对校准通常采用直线型的水下布放方式，即辅助换能器、水听器和互易换能器的声中心依次布放在一条直线上。这种水下布放方式的优点是能够一次性在水下完成三换能器的互易校准，中途不需要重新安装换能器和水听器。但是这种方法也有不足之处，主要体现在：1)由于辅助换能器、水听器和互易换能器的声中心位于同一条直线，辅助换能器和互易换能器位于水听器的两侧，在测量时，水听器的声中心需要分别对准辅助换能器和互易换能器，在对准过程中需要根据换能器的声中心进行两次定位；2)在测量辅助换能器和互易换能器之间的转移阻抗时，由于水听器位于辅助换能器和互易换能器之间，因此，为了不破坏声场，需要将中间的水听器升起一定的高度，这需要配置专用的升降回转机构，并且这样的单独升降回转机构设计难度较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于圆形导轨的旋转式水听器复数灵敏度绝对校准的方法与系统，本发明提出了一种可以旋转的水听器复数灵敏度数测量方法与系统，该方法通过将换能器和水听器固定在一个旋转圆平台上，经过几次简单的旋转就可以分别测量换能器对之间的复数转移阻抗，从而实现水听器复数灵敏度的绝对校准。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种基于圆形导轨的旋转式水听器复数灵敏度绝对校准系统，主要包括换能器旋转平台，换能器旋转平台包含主平台、支撑结构和换能器定位机构，主平台为一个不锈钢圆形导轨，主平台中间位置安装有支撑结构用于对主平台进行固定和支撑，圆形导轨上安装有换能器定位机构；换能器定位机构包括行走小车和换能器升降回转机构，行走小车用于在主平台的圆形导轨上自由运动，而升降回转机构则固定在行走小车上；行走小车下面通过万向节与固定换能器的碳纤维杆相连，此时行走小车的位置就是水下换能器的位置，从而实现换能器的水下定位和对准；整个换能器旋转平台共包含3个换能器定位机构，连接辅助换能器的换能器定位机构记为F_P；连接水听器的换能器定位机构记为F_H；连接互易换能器的换能器定位机构记为F_T。

所述的导轨上配备有指针和角度标度。

所述的支撑结构配备水平仪，能够对主平台进行高度和水平调节，确保主平台的不锈钢导轨水平。

所述的碳纤维杆下端安装配重，确保碳纤维杆是沿着重力方向垂直于水面。