Page 110 - 无损检测2022年第一期

葛 松, 等:

用于水下目标监测的低频同振式矢量水听器研制

的灵敏度实测结果与理论计算结果如图 4 所示。
2 矢量水听器设计

设计的矢量水听器核心元件为 3 维压电加速

y
度传感器, 加速度灵敏度为 25V · g -1 , x , 通道谐

振频率为 1.3kHz , z 通 道 谐 振 频 率 为 2kHz 。 为
尽量减小 矢 量 水 听 器 密 度, 使 用 低 密 度 浮 力 材 料

进行填充, 设计的矢量水听器直径为 78 mm , 质量

为 410g 。
根据式( 7 ) 计算得到矢量水听器等效声压灵敏
图 4 矢量水听器灵敏度实测结果与理论计算结果

度理论 值 约 为 -179.6dB 。矢 量 水 听 器 密 度 约 为

经对比可以看出, 矢量水听器等效声压灵敏度

·
1650k g m -3 , 高于水的密度, 导致矢量 水 听 器 的
实际值符合 6dB 每倍频程的增长规律, 与依据公式
实际灵敏度偏低, 故需计算矢量水听器密度对灵敏
( 10 ) 计算所得的灵敏度理论值高度吻合。由此可
度的影响以得到与实际灵敏度更接近的结果。
见, 在考虑了密度因素对灵敏度的影响后, 根据加速
利用式( 10 ) 可理论计算考虑密度影响的矢量水
度传感器灵敏度计算的矢量水听器等效声压灵敏度
听器的 等 效 声 压 灵 敏 度 ( 见 图 2 )。 由 图 2 可 知,
已十分接近真实情况, 可以作为设计矢量水听器的

100Hz频率下灵敏度约为 -182.9dB 。与理想条件
依据。
( 即矢量水听器为零浮力) 下的等效声压灵敏度相比,

在20~800Hz频段内, 该矢量水听器的 x , , z
y
该矢量水听器实际等效声压灵敏度降低约3.3dB 。
3 个矢量通道的灵敏度一致性良好, 可满足使用要
求。另外, 矢量通道的指向性与正交性同样是矢量

水听器的重要 指 标。在 20~1000 Hz 频 段 内, 对

x , , z3 个矢量通道的指向性进行了测试, 其中,
y

100Hz频率处的指向性如图 5~7 所示。
图 2 矢量水听器等效声压灵敏度理论计算曲线
3 矢量水听器性能检测

基于以上分析, 设计了三维同振式球型矢量水
听器。为确保水听器在水中呈自由状态且姿 态稳
图 5 矢量水听器 x , y 通道 100Hz频率处的指向性
定, 使用 8 颗弹簧将该矢量水听器悬挂在订制的支
架上( 见图 3 )。

图 6 矢量水听器 x , z 通道 100Hz频率处的指向性
指向性测试结果表明, 所研制的水听器在 20~
图 3 矢量水听器实物

800Hz频带内, 指向性均为良好的“ 8 ” 字型, 凹点

在驻波管中对该矢量水听器 20~1000 Hz频 深度大于 40dB , 且 x , , z3 个 矢 量 通 道 两 两 正

y
段的灵敏度及指向性进行了测试, 其 3 个矢量通道 交。在 800~1000 Hz范 围 内, 凹 点 深 度 开 始 减

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2022 年 第 44 卷 第 1 期

无损检测