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数值计算法实现同振式矢量水听器驻波管中灵敏度修正

张虎 陈洪娟 张洪刚 王鹏

张虎, 陈洪娟, 张洪刚, 王鹏. 数值计算法实现同振式矢量水听器驻波管中灵敏度修正[J]. 声学学报, 2023, 48(3): 532-540. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.003
引用本文: 张虎, 陈洪娟, 张洪刚, 王鹏. 数值计算法实现同振式矢量水听器驻波管中灵敏度修正[J]. 声学学报, 2023, 48(3): 532-540. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.003
ZHANG Hu, CHEN Hongjuan, ZHANG Honggang, WANG Peng. Sensitivity correction of co-vibrating vector hydrophone in standing wave tube by numerical calculation[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(3): 532-540. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.003
Citation: ZHANG Hu, CHEN Hongjuan, ZHANG Honggang, WANG Peng. Sensitivity correction of co-vibrating vector hydrophone in standing wave tube by numerical calculation[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(3): 532-540. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.003

数值计算法实现同振式矢量水听器驻波管中灵敏度修正

doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.003
基金项目: 国家自然科学基金项目(11474075)资助
详细信息
    作者简介:

    张虎 yunnycheung@163.com

    通讯作者:

    张洪刚, honggangzhang@126.com

  • 中图分类号: 43.58, 43.38

Sensitivity correction of co-vibrating vector hydrophone in standing wave tube by numerical calculation

  • 摘要:

    大尺寸的矢量水听器在驻波管中进行灵敏度校准时会引起校准声场分布不均匀, 使得灵敏度校准结果出现较大误差。在无法获取校准声场准确的解析表达式情况下, 以实际驻波管校准装置为原型, 建立声场仿真分析模型, 通过数值计算得到矢量水听器和参考标量水听器的声压和加速度量值, 并结合灵敏度校准公式和参考值导出灵敏度修正因子。利用修正因子, 对不同尺寸矢量水听器灵敏度测试结果修正以后, 与参考值最大绝对误差减小到2.0 dB下。结果表明数值计算法能有效减小非均匀声场引起的大尺寸矢量水听器灵敏度校准误差, 扩展了矢量水听器驻波管校准装置的测试对象。

     

  • 图 1  矢量水听器驻波管校准原理

    图 2  矢量水听器驻波管校准系统

    图 3  驻波管校准声场仿真分析模型

    图 4  f = 315 Hz时声压特性分布 (a) 50 mm矢量水听器轴向截面声压分布; (b) 150 mm矢量水听器轴向截面声压分布; (c) 矢量水听器放入驻波管前后轴向声压曲线

    图 5  f = 630 Hz时声压特性分布 (a) 50 mm矢量水听器轴向截面声压分布; (b) 150 mm矢量水听器轴向截面声压分布; (c) 矢量水听器放入驻波管前后轴向声压曲线

    图 6  f =1 kHz时声压特性分布 (a) 50 mm矢量水听器轴向截面声压分布; (b) 150 mm矢量水听器轴向截面声压分布; (c) 矢量水听器放入驻波管前后轴向声压曲线

    图 7  f = 2 kHz时声压特性分布 (a) 50 mm矢量水听器轴向截面声压分布; (b) 150 mm矢量水听器轴向截面声压分布; (c) 矢量水听器放入驻波管前后轴向声压曲线

    图 8  矢量水听器放入驻波管前后绝对声压(水下150 mm处)

    图 9  矢量水听器放入驻波管前后绝对声压(水下250 mm处)

    图 10  f = 315 Hz时加速度特性分布 (a) 50 mm矢量水听器轴向截面加速度分布; (b) 150 mm矢量水听器轴向截面加速度分布; (c) 矢量水听器放入驻波管前后轴向加速度曲线

    图 11  f = 630 Hz时加速度特性分布 (a) 50 mm矢量水听器轴向截面加速度分布; (b) 150 mm矢量水听器轴向截面加速度分布; (c) 矢量水听器放入驻波管前后轴向加速度曲线

    图 12  f = 1 kHz时加速度特性分布 (a) 50 mm矢量水听器轴向截面加速度分布; (b) 150 mm矢量水听器轴向截面加速度分布; (c) 矢量水听器放入驻波管前后轴向加速度曲线

    图 13  f = 2 kHz时加速度特性分布 (a) 50 mm矢量水听器轴向截面加速度分布; (b) 150 mm矢量水听器轴向截面加速度分布; (c) 矢量水听器放入驻波管前后轴向加速度曲线

    图 14  矢量水听器放入驻波管前后加速度(水下150 mm处)

    图 15  矢量水听器放入驻波管前后加速度(水下250 mm处)

    图 16  驻波管中矢量水听器声压灵敏度级仿真与理论参考值

    图 17  矢量水听器内部加速度计

    图 18  矢量水听器样品 (a) 50 mm; (b) 150 mm

    图 19  矢量水听器样品灵敏度测量和修正结果 (a) 50 mm; (b) 150 mm

    图 20  宽带矢量水听器样品

    图 21  宽带矢量水听器声压灵敏度级仿真与理论参考值

    图 22  宽带矢量水听器声压灵敏度级测量和修正结果

    表  1  不同尺寸矢量水听器驻波管灵敏度校准修正因子

    频率(Hz)50 mm球形(dB)150 mm球形(dB)频率(Hz)50 mm球形(dB)150 mm球形(dB)
    20−0.7−1.2250−0.5−1.2
    25−0.7−1.2315−0.5−1.3
    31.5−0.7−1.2400−0.5−1.3
    40−0.7−1.2500−0.5−1.3
    50−0.6−1.2630−0.5−1.4
    63−0.6−1.2800−0.5−1.4
    80−0.5−1.21000−0.5−0.8
    100−0.5−1.21250−0.6−2.0
    125−0.5−1.21600−0.7−1.4
    160−0.5−1.22000−1.01.5
    200−0.5−1.2
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    表  2  宽带矢量水听器驻波管灵敏度校准修正因子

    频率(Hz)宽带水听器(dB)频率(Hz)宽带水听器(dB)频率(Hz)宽带水听器(dB)
    20−1.2200−1.21600−1.4
    25−1.2250−1.220006.0
    31.5−1.2315−1.225007.7
    40−1.2400−1.231502.6
    50−1.2500−1.24000−7.4
    63−1.2630−1.25000−17.4
    80−1.2800−1.26300−14.3
    100−1.21000−1.38000−0.9
    160−1.21250−1.3
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-02
  • 修回日期:  2022-11-25
  • 刊出日期:  2023-05-11

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