水下航行载体实航振动和噪声测量装置的研究

    引　言

    通过水下航行载体实航测量获得振动和噪声的第一手数据,对其减振降噪技术的研究、故障诊断和控制技术的研究、环境工程的研究具有重要意义。过去内测记录采用过机械式记录仪、光线示波器、模拟磁带机、可记忆存储芯片等方式,但有的采样速率较低,有的存储容量较小,有的精度较低,对于需要多通道、连续高速采样、大容量存储的振动和噪声数据不能得到满意的采集记录。本文介绍一种自行研制的、新型的水下航行载体实航振动和噪声测量装置。这套装置具有多通道、连续高速采样、大容量DAT数字磁带存储功能,体积小,能装在水下航行载体内部,用可充电电池供电,自成独立系统。它不仅能测量记录实航全过程的振动和声压、声强,还能测量记录自噪声。本测量装置的DAT数据记录仪也能记录实航过程中的其他瞬态和稳态参数,如压力、力、应变、扭矩、转速、温度等。

    1　测试系统组成

    水下航行载体实航振动和噪声测试系统包括振动(加速度、速度、位移)传感器或声学传感器或水听器、专用低噪声屏蔽电缆、实航振动和噪声测量装置、联机设定控制与数据回放处理分析系统等部分。测试系统框图见图1。

   水下航行载体实航振动和噪声测量装置由电荷放大器或电压放大器、DAT数据记录仪、电池盒、测量装置安装结构、连接电缆等组成。测量装置组成框图见图2。本测量装置所选用的小型直流供电电荷放大器是市售产品,精度误差±1%左右。

    数据回放处理分析系统由记录磁带、DAT磁带驱动器、SCSI卡、台式计算机或笔记本电脑及扩展箱、打印机、随机信号及振动分析软件等组成。组成框图见图3。

    2　DAT数据记录仪

    DAT数据记录仪是整个测量装置的核心组成部分。正如图2所示,它由数据采集硬件、缓冲存储管理控制器、DAT磁带驱动器接口控制器、中央处理器、3.5″DAT磁带驱动器和软件等组成。

    数据采集硬件包括输入信号的程控放大,低通滤波和A/D变换。输入信号幅值范围为-5～+5V。每路信号设有程控放大,程控放大可选倍数为1,2,4,8,16。考虑到A/D采样分辨率为12bit和DAT数据记录仪持续数据传输速率最高为每秒366千字节,而每个采样点需占1.5字节,因此所有各通道每秒种采样的总点数不能多于244k。按照需要可配置不同的通道数和采样频率供选择使用。典型配置的通道数为8,每个通道抗混淆滤波方式为DC～10kHz低通滤波,采用8块A/D芯片同时采样,采样率为25.6k/s,此时工作频率为DC～10kHz;当通道数为4时,每个通道抗混淆滤波方式为DC～20kHz低通滤波,采用4块A/D芯片同时采样,采样率为51.2k/s ,此时工作频率为DC～20kHz;当通道数为2时,采用2块A/D芯片同时采样,采样率为102.4k/s,此时工作频率为DC～40kHz。此外还配置了通道数为16,它是采用8通道×2巡检方式实现的,采样率为12.8k/s,此时工作频率为DC～5kHz,信号的输入方式为16通道BNC方式。信号通道的设置可通过串行口联机预先记入磁带,并脱机在现场工作。在第一通道还可输入转速脉冲,在记录数据中给出相应的转速值,最低可测值为840r/min。