Page 115 - 《应用声学》2020年第2期

第 39 卷 第 2 期 王文龙等： 基于球形压电陶瓷的耐压水听器 273

半径为 15 mm，球壳厚度为 3 mm，球壳所用压电陶 消声水池同一位置，使用声源播放不同频率的单频
瓷材料为 P-51。压电球壳的内部是空腔，最外面灌 信号，同样采用比较法来完成接收灵敏度测量。球
封了一层透声橡胶，起到绝缘、密封和保护的作用， 形耐压水听器在1 kHz ∼ 10 kHz的灵敏度曲线实测
透声橡胶的厚度为 3 mm。球形耐压水听器的实物 结果如图 9 所示。由测试结果可见该球形耐压水听
如图7所示，整个水听器的直径为36 mm。 器在 1 kHz ∼ 10 kHz 频段的灵敏度约为 −198 dB，
与理论值基本吻合。在 1 kHz ∼ 10 kHz 范围内，灵
4.2 球形耐压水听器性能测试
敏度起伏不超过±1.4 dB。
4.2.1 接收灵敏度测试
将制作完成的球形耐压水听器置于驻波管中， 4.2.2 自噪声测试
采用比较法测试其低频开路接收灵敏度。将球形耐 为确保水听器能够拾取微弱声信号，需要水

压水听器和标准水听器同时悬挂于驻波管中同一 听器具有较低的等效自噪声。将球形耐压水听器
高度上，改变驻波管声源发射频率，同时记录二者 置于电磁屏蔽、阻尼减振的真空罐内，使用噪声
的输出电压，通过比较法得到球形耐压水听器的接 极低的 BK-3050 信号采集卡对其进行自噪声测试。
收灵敏度。所用驻波管只能产生 50 ∼ 1000 Hz 的合 球形耐压水听器的等效自噪声频谱如图 10 中红色
格驻波，因此本次的测量频段为50∼1000 Hz。球形 实线所示。图 10 中黑色虚线为最早研究海洋噪声
耐压水听器的灵敏度曲线实测结果如图 8 所示。由 的 Kundson 所总结的 0 级海况海洋背景噪声谱级
测试结果可见该球形耐压水听器在50 ∼ 1000 Hz频 线 [9] 。根据 Kundson 曲线，0 级海况下海洋背景噪
段的灵敏度约为−198.4 dB，与理论值基本吻合。在 声谱级约为 44 dB@1 kHz，需要注意的是此数据为
50 ∼ 1000 Hz范围内，灵敏度起伏不超过±0.5 dB。 1948 年的研究结果。近年来，随着全球航运业务快
驻波管中只能完成 1 kHz 以下的标定，对于 速发展，海洋背景噪声正在逐年增大。图10 中蓝色
1 kHz ∼ 10 kHz 频段，在消声水池内进行了测量。 点划线为 2013 年南中国海 0 级海况背景噪声谱级
将制作完成的球形耐压水听器和标准水听器置于 线 [10] ，可见该球形耐压水听器的等效自噪声谱级在
10∼1500 Hz 区间内均低于或等于 0 级海况海洋背
-198.0
景噪声，在 1500 ∼ 5000 Hz 区间内略微高于 0 级海
-198.1
况海洋背景噪声。其在 1000 Hz 处的等效自噪声谱
-198.2
༧ஐए/dB -198.3 级为46.5 dB。
-198.4
90
-198.5
0ጟ๒ц๒ภᑀఀ٪ܦ-Knudson
-198.6 ုॎඵզ٨ᒭ٪ܦ
80 0ጟ๒цᑀఀ٪ܦ-2013ࣲӯ๒
-198.7
50 500
ᮠဋ/Hz 70
៨ጟ/dB X: 1000
图 8 球形耐压水听器灵敏度实测结果 (50 ∼ 1000 Hz) 60
Fig. 8 Sensitivity measurement result of the spherical 50 Y: 46.5
pressure-resistant hydrophone at 50∼1000 Hz 40
30
-197.2
-197.4 20 10 1 10 2 10 3
༧ஐए/dB -197.6 图 10 球形耐压水听器自噪声谱级实测结果
ᮠဋ/Hz
-197.8
-198.0
-198.2
-198.4
-198.6 Fig. 10 Noise Spectral measurement result of the
-198.8
1000 10000 spherical pressure-resistant hydrophone
ᮠဋ/Hz
4.2.3 耐压性能测试
图 9 球形耐压水听器灵敏度实测结果 (1 kHz ∼
为验证该球形耐压水听器的耐压能力，将球形
10 kHz)
Fig. 9 Sensitivity measurement result of the spheri- 耐压水听器试样放入压力釜内进行打压测试。为
cal pressure-resistant hydrophone at 1 kHz∼10 kHz 确保安全，测试系统采用高压水加压。前文分析其