【摘 要】
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深海探索研究和开发的一项关键技术是深海水声技术,而能够耐高静水压的深水水声换能器又是其非常重要的技术支撑。水声换能器在不同的静水压力之下会有不同的电声性能,而目前缺少一种针对深水换能器的“在线”测试方案,在实验室几米水深的环境中所做的测试只能得到换能器常压下的性能,而现有的打压设备当中做高静水压实验,也只能检测出该换能器经过压力测试后有无损坏,而不能得到深水中的实际性能参数。论文围绕高静水压下水听
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深海探索研究和开发的一项关键技术是深海水声技术,而能够耐高静水压的深水水声换能器又是其非常重要的技术支撑。水声换能器在不同的静水压力之下会有不同的电声性能,而目前缺少一种针对深水换能器的“在线”测试方案,在实验室几米水深的环境中所做的测试只能得到换能器常压下的性能,而现有的打压设备当中做高静水压实验,也只能检测出该换能器经过压力测试后有无损坏,而不能得到深水中的实际性能参数。论文围绕高静水压下水听器灵敏度实时测试系统的设计与实现展开了一系列的研究工作。论文以经典的矢量水听器开口竖立驻波管声场校准装置为基础,首先为满足耐压条件提出在驻波管开口一端增加设计刚性封闭上盖结构,因此,通过理论和仿真手段分析了在高静水压下矢量水听器灵敏度测量环境即水声耐压声管模型中的声场分布特性;同时,对耐压声管结构进行了模态分析和谐响应分析,通过分析各阶模态振型和频率,得出声管在各个特征频率点处的结构形变量,以此优化了声管结构;最后,以弹塑性力学为理论基础,结合仿真计算分析了耐压声管的各个部件的耐压性能,指导声管有关耐压方面的结构优化,确保了其在加压状态下的可靠性与安全性。其次,为降低在高静水压下矢量水听器灵敏度耐压测试系统实现的难度,论文提出把原来置放在开口竖立驻波管内部底端的发射器移到声管外部,这样在较低频带内可以不用考虑高耐压低频发射器所带来的难题,为此,论文开发并且搭建了一套具有耐压性能的水听器灵敏度测量装置,在20-2000Hz频率范围内采用激励器外部置放激励方式、利用标准水听器接收对耐压声管内部声场分布特性进行了测试,且与仿真结果进行了对比;为减少外部激励给测量带来的振动干扰,论文对测量数据进行了FFT处理;同时本文也对振动台外部发射声信号所达不到的2-8k Hz频率范围内,采用耐压发射器内置发声进行了研究;最后,论文在0.5MPa-3MPa压力范围内对一只已经经过前期打压测试和灵敏度标定的矢量水听器的灵敏度进行了实时测试,测量结果显示:在压力变化下该水听器声压通道和矢量通道灵敏度均无较大改变,起伏小于2d B,在该系统测量不确定度范围内。
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