使用激光多普勒技术校准水听器复数灵敏度方法研究

摘要

随着现代水声技术的发展和声纳设备性能的不断改进，对声纳阵元的性能要求正逐步提高。在现代数字化声纳装备中，要求水听器能高保真地采集信号波形。为了满足这一要求，实现波形复现，必须知道水听器阵元的复数灵敏度—相位灵敏度和幅值灵敏度。而常规的三换能器互易法经改进后虽然也能得到水听器的复数灵敏度，但当校准频率达到上千赫兹时，因为不可能完全消除距离因子的影响，使得相位校准的不确定度随着频率的升高而线性增大。本论文研究的内容就是在10～100kHz频率范围内，利用激光多普勒测振技术校准水听器的复数灵敏度，并采取相应的措施使校准的不确定度控制在规定范围内，满足实际使用要求。 本论文首先介绍了激光多普勒测量的基本知识，包括多普勒测振仪的原理和构造、激光多普勒测振技术在声学测量中的应用以及水声测量中常用的三种激光测量方法。 进一步的内容则详细地推导了三换能器互易法和激光法校准水听器复数灵敏度的校准公式。并考虑了声光作用下激光干涉仪所检测到的振速量与膜片表面振速之间的关系，并给出了等效折射系数的相幅曲线，为校准数据的修正提供了理论依据。依据校准原理构建了实验系统，确定了各分系统的主要功能，分析了影响校准不确定度的各不确定度分量，并进行了合成标准不确定度和扩展不确定度的计算。 实验是在Ф1.2m×1.8m的圆柱型玻璃钢水槽进行的。针对实验中遇到的问题，在实验中采用了一些相应的措施来保证。比如，实验水槽放置在隔振立柱上，利用它来有效地隔除地面的振动；利用专用的膜片支架固定25μm厚度的透声反光膜片，以确保膜片随周围水介质做等幅同相运动；使用具有20倍放大量的光学水准仪，可保证水听器的几何中心和膜片上激光入射点的位置重合；精确控制数字示波器的采样速率，保证波形数据的整周期采样来提高数据分析的精度等等。在实验中，选定两个球形水听器进行校准实验：Ф30球(№362)的校准频段为10～50kHz，Ф20球(№260)的校准频段为10～100kHz。 为了验证激光法实验装置校准水听器复数灵敏度结果的准确性，在1-200kHz水声声压标准装置上用三换能器互易法对№362和№260进行了校准检定，两种校准方法的幅值灵敏度的结果最大差值为0.8dB；相位灵敏度虽然没有标准装置可以溯源或比对，但根据测量频率低于径向谐振频率，水听器的相位响应可与理想刚性球的相位响应相比较来实现。最终的结果表明：在低于谐振频率时，实验曲线能与理论曲线较好地吻合。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学论文原创性声明

第1章绪论

第2章激光多普勒测量

第3章水听器复数灵敏度校准

第4章激光多普勒校准方法研究

第5章校准方法的实验验证

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历