便携式水听器测试仪的研究与实现

　　1 引言

　　随着科学技术的发展和应用需求的不断扩大,海洋水声环境和目标探测水声技术获得了越来越广泛的应用[1]。海洋水声是水中探测、测量、通信,以及水中兵器制导的主要手段,也是潜艇战和反潜战的重要工具。海洋声学层析和水声成像技术、水声匹配场监视、高分辨声成像、大面积深海地貌精细测量等技术的发展,有巨大应用价值和军事意义[1-2]。压电检波器(又称水听器)是把水下声信号转换为电信号的换能器,是海洋水声测量必需的信号采集设备。而其性能的优劣直接关系到水声系统探测、识别、定位和跟踪的性能。对于压电检波器,由于其过去用量相对较少,所以有关压电检波器的测试设备也很少。但随着勘探的发展,对水网和过渡带地区的勘探逐渐普及,作为水中传感器的压电检波器的使用也越来越多[3],生产压电检波器的厂家也越来越多,国内外勘探施工单位对压电检波器的性能作定期测试分析的要求也越来越强烈。

　　目前对水听器的测试一般采用耦合腔互易测量、压电补偿法、震动液柱法、密闭腔比较法等几种测量方法,国内学者和机构对此有大量的研究[4-7]。目前国外I/O公司的测试仪SHARP,它采用具有代表性的单一声场(170Hz)来测试压电检波器的灵敏度。国内有东方公司生产的SHT-2型压电检波器测试器,这种测试仪在SHARP的基础上增加了测试数据的计算机存储、打印和数据分析功能。而中国科学院早期生产过一种ST检波器特性综合测试仪,这种测试仪能够选择十几个频率点对压电检波器的灵敏度进行测试,基本能够测试压电检波器的灵敏度和幅频特性[4-5]。但是这些仪器测量环境一般基于耦合腔体及水声水池。水声水池的测量方法难以在生产过程中实现,而耦合腔体受到的测量频带受到了腔体体积的限制。所以给许多实际的现场测量带来了很多不便。

　　为了满足油气勘探施工现场方便、快速测试各类检波器的需求,为便携式检波器特性参数测试仪的研制提供新的理论依据和方法,克服现有水声测试系统体积庞大、功能单一等不足,本系统针对压电式水听器,依据对比测量法原理,以嵌入式系统为核心,避开水声水池,采用普通的密闭腔体完成测量,具有单点及扫频测量检波器低频电压灵敏度、电压灵敏度级、极性、直流电阻以及交流阻抗的功能。本水声测试装置由测试盒及圆柱形声场组成,携带方便、操作简单,方便于各种场合的操作,特别是生产过程的质量控制需求,有良好的应用前景。

　　2 比较法测量原理

　　水听器校准方法主要有互易法校准和比较法[6]。互易法主要用于校准标准水听器和标准声源,比较法用于校准测量水听器和水声发射器[7-8]。本文采用比较法测量水听器的声压灵敏度,测量的数据包括:标准水听器的声压灵敏度一级校准结果M0;标准水听器在不同频率下开路输出电压e0;被测水听器在不同频率下开路输出电压即eX。