[發明專利]一種水下管口外輻射噪聲的測量裝置和方法

有效

• 申請號: 201710979922.5
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN109682459B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 伍先俊;楊軍;孫紅靈
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;劉振

1.一種水下管口外輻射噪聲的測量方法，基于一種水下管口外輻射噪聲的測量裝置實現，所述裝置包括：第一水聽器(1)、第二水聽器(2)，加速度計(3)，水聲發射換能器(4)，采集設備(5)，驅動功放(6)和數據處理模塊(7)；

所述第一水聽器(1)、第二水聽器(2)構成距離為Δ的雙水聽器；所述雙水聽器通過管口伸入管道內部或者安裝在管道內壁；所述加速度計(3)固定安裝于管道外殼上；雙水聽器和加速度計(3)連接到采集設備(5)上；所述采集設備(5)的一路輸出信號作為驅動功放(6)的輸入信號，另一路輸出信號進入采集設備(5)的第四個輸入通道作為去噪參考信號，所述數據處理模塊(7)與采集設備(5)連接，用于對采集設備(5)輸出的數據進行處理；在觀測點布放水聲發射換能器(4)，所述驅動功放(6)輸出端連接水聲發射換能器(4)，用于驅動水聲發射換能器(4)發聲；

所述方法包括：

步驟1)將所述水聲發射換能器(4)放置在管外測量點發聲，通過雙水聽器測量并計算管內第二水聽器(2)放置點的聲壓和體積速度，獲得管道內對內聲阻抗；

步驟2)開啟管內聲源發聲，通過雙水聽器法測量并計算管內第二水聽器(2)放置點的聲壓和體積速度，從而計算管道內對外聲阻抗；

步驟3)獲得步驟1)中水聲發射換能器(4)的聲源體積速度，再根據該聲源作用下第二水聽器(2)的放置點處的聲壓計算管外水聲發射換能器(4)對管內第二水聽器(2)的輻射格林函數，最終根據互易性得到管內第二水聽器(2)對管外水聲發射換能器(4)位置的輻射格林函數；

步驟4)利用步驟1)和步驟2)獲得的聲阻抗，以及管內第二水聽器(2)處的管道聲質點速度，計算得到管內第二水聽器(2)處的等效體積聲源；

步驟5)通過管內第二水聽器(2)對管外水聲發射換能器(4)的輻射格林函數，計算得到管內第二水聽器(2)處的等效體積聲源向水聲發射換能器(4)位置的輻射聲壓；

上述步驟的第二水聽器(2)能夠替換為第一水聽器(1)。

2.根據權利要求1所述的水下管口外輻射噪聲的測量方法，其特征在于，所述步驟1)具體為：

測得第一水聽器(1)和第二水聽器(2)處的總聲壓為：

其中，i＝3表示管內第一水聽器(1)觀測點，i＝2表示第二水聽器(2)觀測點；為推動水聲發射換能器(4)的功放輸入信號和水聽器信號的互譜，G_qq為輸入信號自功率譜，q為輸入水聲發射換能器(4)信號頻譜；

利用第一水聽器(1)和第二水聽器(2)獲取管內第二水聽器(2)處聲質點速度：

其中：P_i⁽¹⁾、表示管道內向外傳播波和反射波聲壓值，ρ表示流體密度，c為流體聲速，表示波數，ω為角頻率，Δ表示雙水聽器安裝距離，表示管道內第二水聽器(2)處的聲質點速度；

管道內第二水聽器(2)處的對內聲阻抗Z_i為：

其中：

距離Δ與測量下限頻率f_l、上限頻率f_u滿足以下關系：

3.根據權利要求2所述的水下管口外輻射噪聲的測量方法，其特征在于，所述步驟2)具體為：

將管壁測量振動加速度信號作為參考信號，剔除流噪聲，獲取管內聲壓：

其中，i＝3表示管內第一水聽器(1)觀測點，i＝2表示第二水聽器(2)觀測點；a為管壁振動信號，為管壁加速度信號與聲壓互譜，G_aa為加速度信號自譜；

計算管道內第二水聽器(2)處觀測點的聲質點速度：

得到管道內第二水聽器(2)處觀測點對外的聲阻抗Z_r為：

其中：

4.根據權利要求3所述的水下管口外輻射噪聲的測量方法，其特征在于，所述步驟3)具體為：

管外水聲發射換能器(4)處對第二水聽器(2)觀測點的聲輻射格林函數的計算公式為：

根據互易性，管內第二水聽器(2)觀測點聲源對管外水聲發射換能器(4)處的輻射格林函數為：