一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置及檢測方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置及檢測方法，屬于海洋測繪技術領域，檢測裝置包括消聲水池，消聲水池中安裝有旋轉裝置和升降裝置，旋轉裝置的底端安裝有多波束換能器，其旋轉平面與航跡線方向垂直，且沿水平方向發射；升降裝置的底端安裝有標準水聽器，標準水聽器連接有信號采集器；本發明專利技術通過消聲水池及升降裝置和旋轉裝置，利用標準水聽器接收多波束聲吶發射的脈沖信號及用多波束聲吶接收標準聲源信號，設計檢測流程采集數據，并對其進行分析研究，實現對多波束聲吶的頻率、聲源級以及波束角的檢測。本發明專利技術保證了多波束聲吶的可靠性、準確性和可信度，填補了這一領域的空白，也為其他海洋測量儀器設備的檢測提供了參考。

【技術實現步驟摘要】
一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置及檢測方法
本專利技術屬于海洋測繪
，具體涉及一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置及檢測方法。
技術介紹
多波束聲吶是一種具有高精度、高效率、全覆蓋等特點的測深儀器，近年來，多波束聲吶在海底地形地貌測量、海洋調查、國防應用與研究等領域發揮了巨大的作用。但是，由于缺乏實驗室計量檢測手段，無法進行規范有效的檢測，使觀測數據的準確性和可信度受到嚴重影響，所獲取的數據資料存在很大的質量隱患。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述技術問題，本專利技術提出了一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置及檢測方法，設計合理，克服了現有技術的不足，具有良好的效果。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置，包括消聲水池，消聲水池中安裝有旋轉裝置和升降裝置，所述旋轉裝置的底端安裝有多波束換能器，其旋轉平面與航跡線方向垂直，且沿水平方向發射；所述升降裝置的底端安裝有標準水聽器，標準水聽器連接有用于實時記錄標準水聽器端的開路電壓幅值的信號采集器。優選地，多波束聲吶主要聲學指標的檢測是在消聲水池環境下進行的，消聲水池是根據吸聲系數和吸聲頻段的要求在水池的所有面上全部掛滿消聲器，消除水池的池壁、底面和水面對入射聲波的的反射，從而模擬一個沒有反射的開闊水域聲場，消聲水池應滿足水聲測量的自由場、遠場條件，待檢儀器工作頻段決定后，水池的設計主要依據是在脈沖法測量中輻射聲脈沖與反射脈沖不發生相互重疊干擾。優選地，升降裝置和旋轉裝置均具有滿足檢測要求的精度和系統穩定性，能夠滿足負載要求，旋轉裝置在水平面內能夠圍繞旋轉軸自由旋轉，升降裝置能夠在豎直面內沿鉛垂線自由升降，升降裝置和旋轉裝置之間的水平距離滿足遠場要求。優選地，多波束聲吶主要聲學指標的檢測是結合消聲水池和脈沖聲技術進行的，任何消聲材料不可能達到100％消聲，如果僅依靠消聲材料構建自由場環境是不夠科學合理的，存在消聲不完全的弊端；另外，對于頻率變化范圍較大，工作頻段超出消聲材料吸聲范圍的聲吶，當檢測其低頻段的聲學參數時，消聲材料是無法滿足要求的；脈沖聲技術是將換能器和水聽器安置在距離反射面一定距離處，使測量時的直達聲波和反射聲波存在足夠的時間差，進而將二者分開，模擬自由場，達到測量目的的方法。此外，本專利技術還提到一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測方法，該方法采用如上所述的一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置，包括如下步驟：步驟1：對多波束聲吶的發射指向性進行檢測，具體包括如下步驟：步驟1.1：調節多波束聲吶設備的包括頻率、功率、脈寬、增益、門限在內的工作參數，使其正常、穩定發射脈沖信號。調節標準水聽器，使其與多波束換能器大致處于同一水平面；步驟1.2：通過旋轉裝置在水平面內將多波束換能器以一定的角度間隔旋轉一周，記錄每個角度位置處采集到的標準水聽器的開路電壓值，開路電壓最大位置處即為聲軸所在豎直面；步驟1.3：將多波束換能器調節至步驟1.2所述的標準水聽器的開路電壓最大位置處，固定多波束換能器，調節標準水聽器至聲軸所在豎直面以下，然后以一定的間隔提升標準水聽器至聲軸所在豎直面以上，記錄各個位置處的標準水聽器的開路電壓值，其中開路電壓最大位置處即為聲軸；步驟2：對多波束聲吶的接收指向性進行檢測，具體包括如下步驟：步驟2.1：將標準水聽器換為標準聲源，并調節升降裝置使標準聲源至聲軸位置；步驟2.2：通過旋轉裝置在水平面內以一定的角度間隔旋轉多波束換能器；步驟2.3：通過多波束采集軟件接收不同角度位置處標準聲源發射的信號，通過解析多波束原始記錄數據可得每個角度處的反向散射強度值，從而得到多波束聲吶接收指向性及其波束角；步驟3：對數據進行預處理，具體包括如下步驟：步驟3.1：設定脈寬時域，分離直達信號、反射信號以及折射信號；步驟3.2：設計帶通濾波器進行頻域濾波，濾除諧波和脈寬內環境噪聲或系統噪聲；步驟4：根據公式(1.1)，計算頻率值；其中，f為頻率；N為一段時間T內的整周期個數；v為采樣頻率；n為N個周期內的采樣點個數；步驟5：根據公式(1.2)，計算多波束換能器的聲源級；SL＝20lges+20lgd-20lgMs+120(1.2)；其中，SL為聲源級，單位dB；es為聲壓有效值，單位V；d為標準水聽器到多波束換能器的距離，單位m；Ms為標準水聽器的接收靈敏度，單位V/Pa；步驟6：計算波束角。步驟6.1：將每個位置的脈沖信號幅值轉化為聲級值；步驟6.2：將步驟6.1中的轉化后的脈沖信號幅值減去全部聲級值中的最大值，所得到的數值按順序排列即可繪制指向性圖，其主軸上最大響應聲級值為0dB，其兩側方向上的聲級值相對于-3dB所對應的開角即為波束角。本專利技術所帶來的有益技術效果：本專利技術利用標準水聽器對多波束聲吶進行包括頻率、聲源級和波束寬度的檢測，保證了多波束聲吶的可靠性、準確性和可信度，填補了這一領域的空白，也為其他海洋測量儀器設備的檢測提供了參考。附圖說明圖1是檢測裝置示意圖。具體實施方式下面結合附圖以及具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明：本專利技術采用的多波束聲吶型號為R2Sonic2024，具體實施步驟如下：(1)將R2Sonic2024多波束換能器安裝到旋轉支架的底端，使其沿水平方向發射，并保證換能器旋轉平面與航跡線方向垂直。調節聲吶設備的工作參數(頻率、功率、脈寬、增益、門限等)，使其正常、穩定發射脈沖信號。(2)將RESONTC4014-5標準水聽器安裝到升降支架上，并與安捷倫(Agilent)信號采集器連接。當脈沖信號進入水聽器，信號采集器實時記錄水聽器端的開路電壓幅值。(3)調節水聽器，使其與多波束換能器大致處于同一水平面。固定水聽器，通過旋轉裝置以0.05°的角度間隔在水平面內轉動多波束換能器，同時記錄該點位置處水聽器的開路電壓值。旋轉一周后，每個角度位置處都可采集到水聽器端的一個開路電壓值，其中開路電壓最大位置處即為聲軸所在豎直面。將多波束換能器調節至水聽器開路電壓最大處，固定多波束換能器不動，然后調節水聽器至多波束聲軸面以下1.5m，以一定的間隔提升水聽器支架，同時記錄該點位置處水聽器的開路電壓值，直至水聽器提升至聲軸面以上1.5m。其中開路電壓最大位置處即為聲軸方向。(4)將標準水聽器換為標準聲源，并調節升降支架使其至聲軸位置。控制旋轉裝置以0.05°的角度水平方向旋轉換能器，多波束采集軟件接收不同角度位置處標準聲源發射的信號，通過解析多波束記錄的XTF數據可得每個角度處的反向散射強度值，據此得到多波束接收指向性及其波束角。(5)數據預處理。數據采集完成后，需要對其進行預處理。由于采集到的信號中存在反射聲波、系統噪聲及環境噪聲等噪聲，所以在指標計算前需要濾除這部分的干擾。通過設定合適的脈寬時域，分離直達信號和反射(折射)信號；設計帶通濾波器進行頻域濾波，濾除諧波和脈寬內環境噪聲或系統噪聲。(6)頻率計算。通過公式計算頻率值。(7)聲源級計算。根據脈沖信號最大聲壓幅值，計算多波束換能器的聲源級。(8)波束角的計算。將每個位置的脈沖信號幅值轉化為聲級值后減去全部聲級值中的最大值，所得到的數值按順序排列即可繪制指向性圖。此時主軸上最大響應聲級值為0dB，其兩側方向上的聲級值相對于-3dB所對應的開角，即本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置，其特征在于，包括消聲水池，消聲水池中安裝有旋轉裝置和升降裝置，所述旋轉裝置的底端安裝有多波束換能器，其旋轉平面與航跡線方向垂直，且沿水平方向發射；所述升降裝置的底端安裝有標準水聽器，標準水聽器連接有用于實時記錄標準水聽器端的開路電壓幅值的信號采集器。

【技術特征摘要】
1.一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置，其特征在于，包括消聲水池，消聲水池中安裝有旋轉裝置和升降裝置，所述旋轉裝置的底端安裝有多波束換能器，其旋轉平面與航跡線方向垂直，且沿水平方向發射；所述升降裝置的底端安裝有標準水聽器，標準水聽器連接有用于實時記錄標準水聽器端的開路電壓幅值的信號采集器。2.根據權利要求1所述的多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置，其特征在于，所述消聲水池為在水池的所有面上掛滿消聲器、一個沒有反射的開闊水域聲場。3.根據權利要求1所述的多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置，其特征在于，所述旋轉裝置在水平面內能夠圍繞其旋轉軸自由旋轉，所述升降裝置能夠在豎直面內沿鉛垂線自由升降。4.一種多波束聲吶主要聲學指標的檢測方法，其特征在于，采用如權利要求1所述的多波束聲吶主要聲學指標的檢測裝置，包括以下步驟：步驟1：對多波束聲吶的發射指向性進行檢測，具體包括如下步驟：步驟1.1：調節多波束聲吶設備的包括頻率、功率、脈寬、增益、門限在內的工作參數，使其正常、穩定發射脈沖信號，調節標準水聽器，使其與多波束換能器大致處于同一水平面；步驟1.2：通過旋轉裝置在水平面內將多波束換能器以一定的角度間隔旋轉一周，記錄每個角度位置處采集到的標準水聽器的開路電壓值，開路電壓最大位置處即為聲軸所在豎直面；步驟1.3：將多波束換能器調節至步驟1.2所述的標準水聽器的開路電壓最大位置處，固定多波束換能器，調節標準水聽器至聲軸所在豎直面以下，然后以一定的間隔提升標準水聽器至聲軸所在豎直面以上，記錄各個位置處的標準水聽器的開路電壓值，其中開路電壓最大位置處即為聲軸；步驟2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陽凡林，王賢昆，孫月文，李倩倩，石波，景冬，盧秀山，劉智敏，
申請(專利權)人：山東科技大學，
類型：發明
國別省市：山東,37