水下复杂声源辐射声功率的混响法测量技术研究

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混响室法测量声功率实验指导书

混响室法测量声功率实验指导书一、实验目的掌握混响室法测声功率的原理和方法二、实验要求1．正确理解混响场的性质、特点及应用；2．了解Pulse 3560C 声振测量系统的基本结构及使用方法。

三、实验环境1．混响室2．声源（以空载状态的320W 大宇6060T 手电钻为例）3．HS6288B 声级计（2型）4．1／2吋传声器延长电缆5．电容传声器BSW 及传声器支架4套6．B&K Pulse 声振测量系统3560C7．M6K 通用计算机8．声级校准器BK4231四、测量内容、步骤测量内容：测量手电钻（320W ）空载状态下的声功率。

测量系统如图2所示。

测量原理：把噪声源放在混响室内，测得室内平均声压级后可以求出噪声源的功率级。

在混响室内， Pulse 声振测试前端计算机图5.1 混响室测量声功率系统连接示意图混响室传声器被测声源除了非常靠近声源处，离开壁面半波长的其它任何地方的声压级差不多相同。

这时声压和声源总功率的关系为0024c p S W A ρα=(5.1)其声功率级为1.6)lg(10-+=S L L p W α (5.2)式中S α为室内总吸收量；p L 为室内平均声压级。

公式(5.1)没有考虑空气吸收对高频声的影响，如作高频空气吸收修正，则可改写为1.6)4lg(10-++=mV S L L p W α(5.3)α2=m 为空气的声强吸声系数，测量时应该使用无规入射传声器。

传声器的位置离墙角和墙边至少43λ，离墙面至少4λ（λ是最低频率声波的波长）；传声器不要太靠近声源，至少相距1米，平均声压级至少要在一个波长的空间内进行。

测量位置约3～8点，与噪声源频谱有关，如噪声源有离散频率，就需要更多的传声器测点。

混响室的总吸收量是通过测量混响时间来计算的，这时噪声源声功率用下式计算1481lg 10lg10-⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=V S T V L L p W λ(5.4) 式中V 为混响室体积(m 3)；T 为混响时间(s)；λ为相应于测试频带中心频率的声波波长(m)；S 为混响室内表面的总面积(m 2)；p L 为平均声压级。

声学中的水声探测技术及应用研究

声学中的水声探测技术及应用研究引言：水声探测技术是一种利用声波在水中传播的特性来获取信息的技术，广泛应用于海洋石油勘探、水下通信、海洋生态环境研究等领域。

本文将从物理定律到实验准备和过程进行详细解读，并探讨其在应用和其他专业性角度的研究。

一、声学定律的应用：在水声探测技术中，最基本的物理定律包括声速、声强和声级。

声速是指声波在介质中传播的速度，与介质的属性密切相关。

水声探测技术中，研究声速的测量方法对于纠正定位误差和精确探测目标位置至关重要。

声强是指声波的能流密度，通过测量声波的声压来获得。

在水声探测技术中，声强的测量用于判断目标的远近和探测的效果。

声级是一种描述声波强度的单位，通常用在声波信号的测量和分析中。

二、实验准备：在进行水声探测技术的实验之前，需要准备一系列的实验设备。

首先是水声发射器和接收器，它们分别负责产生和接收声波信号。

其次是数据采集系统，用于记录和分析接收到的声波信号。

最后是传感器和探测器，用于测量和记录物理量，如压力、声波的频率和强度等。

同时，还需要进行场地准备，根据实验需求选择合适的水体环境，并保证实验场地的无干扰环境。

三、实验过程：1. 实验目标确定：根据具体的应用需求，确定实验的目标，如水下通信中的数据传输速率测试，海洋石油勘探中的定位和探测目标等。

2. 实验设计和参数设置：根据实验目标，设计合理的实验方案，并设置相应参数，如声频范围、信号频率、声源和接收器的位置等。

3. 发射声波信号：通过水声发射器产生声波信号，并控制信号的强度和频率。

信号的强度和频率与目标物的位置和性质有关。

4. 接收声波信号：使用水声接收器接收声波信号，并将其转化为电信号经过放大等处理，方便后续数据采集和分析。

5. 数据采集和分析：利用数据采集系统收集接收到的声波信号，并利用相应的分析方法，如频谱分析、波形分析等，对数据进行处理和分析。

6. 结果评估和优化：根据实验结果，进行结果评估和优化，进一步改善实验方法和参数设置，以提高水声探测技术的准确性和可靠性。

基于水下声呐的沿河截污干管运行现状探查与分析

1引言沿河截污干管是用平行并靠近河道岸边线的污水管,将排水区域内所有直接向水体排放污水的干管或支管截流,使污水沿该干管汇流到污水处理厂进行处理的一种管道[1-2]。

这种沿河截污干管一般具有管径大、运行水位高、受地形变化影响大、施工困难、造价较高的特点。

由于沿河截污干管所处环境复杂,又受到各种因素的影响,管道状况无法一直保持完好,而传统内窥检测技术普遍难以适用于截污干管运行现状的探查,使得管道内部出现缺陷后不能及时发现并维护,导致缺陷逐渐积累放大,最终引发严重的管道问题[3],因此,适用于沿河截污干管运行现状探查的新兴检测技术的引进(如水下声呐探查技术),并针对沿河截污干管运行现状与缺陷分析的探索十分必要且重要。

2水下声呐探查2.1水下声呐水下声呐通过激发换能器发射固定频率的声波,波束在【作者简介】宋振豪（1994~），男，河南清丰人，工程师，从事排水设施运营管理研究。

基于水下声呐的沿河截污干管运行现状探查与分析Exploration and Analysis of the Operation Status of Sewage InterceptionMain Pipe Along the River Based on Underwater Sonar宋振豪1，陈思宇2，3，潘辉1，张治1（1.深圳市宝安排水有限公司，广东深圳518101；2.南京水利科学研究院，南京210029；3.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，昆明650051）SONG Zhen-hao 1,CHEN Si-yu 2,3,PAN Hui 1,ZHANG Zhi 1(1.Shenzhen Bao ’an Drainage Co.Ltd.,Shenzhen 518101,China;2.Nanjing Hydraulic Researsh Insititute,Nanjing 210029,China;3.Power China Kunming Engineering Co.Ltd.,Kunming 650051,China)【摘要】通过阐述沿河截污干管运行现状探查中存在的问题，以综合探查及分析为工作思路，提出了采用水下无人潜航器作为工作载体，搭载水下声呐设备等，开展沿河截污干管运行现状排查与分析工作，可以在有限的作业时间段内实现管段内部缺陷的精确定位，以及定量统计，弥补了传统技术在高水位沿河截污干管缺陷探查中的不足，同时为截污系统关键问题及整治措施的制定提供了信息支撑及决策依据，具有良好的推广应用价值。

海底混响的空时模型及仿真

散射源可以分为海底混响、面混响及体积混响。散射体存海
１引言混响仿真是声纳仿真技术中的一个重要研究领域” ，水
声设备在研制过程中由于受到各方面制约而不可能中的流砂粒子、海洋生物，海洋本身的不均匀性、的鱼群等，大它们引起的混响称为体积混响。海面的不平整性和波浪形成的气泡层对声波的散射所形成的混响称为海面混响，海底及其附近的散射体形成的混响称为海底混响，两种统称为界面混响Ｊ后。海洋混响的仿真方法较多，从仿真精度上主要分为简要仿真和精细仿真。其中混响简要仿真只描述混响衰减规律
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ｓｍｕａｉｎｍｏｅｆｓａｌｏｖｒｅａｉｎＷｔｄｅｎｔｉｐｐｒＡｉｌｔｄｌｏｅｆｒｅｅｂｒｔａｓｕｉｄｉｓａｅ．Ｗｈｎｓｎｒｗｒｓｉｎｅｗ－ｏｏｒｏｓｈｅｏａｏｋｎｕｄｒａｔｒｔｒｅｅｅｔｎ，ｃｍｍｕｉａｉｎａｄｎｖｇｔｎｉｅｆｏｆｓａｌｗｅ，ｓａｏｒｒｖｒｅａｉｎａｅｏｅｏｅｅａｇｔｄｔｃｉｏｏｎｃｔｎａｉａｉｎｓａｏｒｏｈｌｏｏｌｏｓａｅｆｏｅｅｂｒｔｒｎｆｔｌｏｈ
ｔｅｒｓａｃｎｒｖｒｅａｉｎｓｐｒｓｉｎｈｅｈｏｅｅｂｒｔｕｐｅｓ．ｅｒｏｏＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｅｆｏｅｅｂｒｔｎ；ｄｌＳｍｕａｉｎ；ｂｔａｙａｒｙｓａｅＳａｆｒｒｖｒｅａｉＭｏｅ；ｉｌｔｏｏｏＡｒｉｒｒｈｐｒａ

舰船水下电磁场国外研究现状

舰船水下电磁场国外研究现状随着现代科学技术的发展，水下电磁场已成为研究的热点之一。

尤其是对于舰船水下电磁场的研究，既对军事防御具有重要的作用，也对海洋环境污染等方面具有重要的意义。

本文将介绍国外关于舰船水下电磁场的研究现状。

在国外，舰船水下电磁场的研究主要集中在以下几个方面：1. 舰船水下电磁场的辐射和散射特性舰船在水中运动时会产生电磁辐射场和散射场，这些场照射到目标物体表面时，会引起电磁波在目标物体内部的传播和反射，从而影响目标的探测和定位。

因此，研究舰船水下电磁场的辐射和散射特性对于提高目标探测和定位的精度具有重要的作用。

2. 舰船所产生的水下噪声舰船在水中运行时，会产生各种噪声，如机械噪声、水流噪声等。

这些噪声会对海洋环境造成影响，甚至会对海洋动物的生态环境造成负面影响。

因此，研究舰船所产生的水下噪声对于保护海洋环境和维护生态平衡具有重要的意义。

3. 舰船电磁兼容性问题舰船上的电磁设备会产生电磁场干扰，可能会对其他设备产生影响，甚至会对舰船自身的正常运行产生影响。

因此，研究舰船电磁兼容性问题对于保证舰船设备的正常运转和防止电磁干扰具有重要的作用。

4. 舰船水下电磁场的控制和减弱舰船在水中运行时产生的电磁辐射场和散射场会对目标物体造成影响，甚至可能会暴露自身位置。

因此，研究如何控制和减弱舰船水下电磁场对于保证军事防御具有重要的作用。

总之，在国外，舰船水下电磁场的研究已成为一个重要的课题。

未来，随着科学技术的不断发展，舰船水下电磁场的研究领域也将不断拓展和深入。

以下是关于舰船水下电磁场的国内外研究数据和分析：1. 舰船水下电磁场的频率和强度根据国内外的研究数据统计，舰船水下电磁场的主要频率为10 Hz到10 kHz，强度为0.1 mT到10 mT。

其中，低频电磁场对于海洋生物的影响较大，高频电磁场对于目标的探测和定位更有利。

2. 舰船水下电磁场的控制和减弱技术国外在舰船水下电磁场的控制和减弱技术上取得了较为显著的进展。

浅海声场相干特性研究

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堡垒垦！± 苎！查！塑匾
在公式中当Ｚ取值为０的时候，是公式一次微分Ｚ方
图中以４．５ｋｉｎ作为标准距离，图中的曲线代表着相
向的值，根据一式与三式的对比可以得出，无论声源的位对不同的深度中，浅海下声场相关系数水平纵向取值，
［Ｊ］．计算机应用，２００９，２９（１１）：３０１５—３０１７．
鹄而而
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［２］王银玲，王晶，范立南．基于图论的交互式图像分割算法研究［Ｊ］．仪器仪表用户，２０１０，Ｉ７（１）：７－８．［３］ＳｃｈｅｌｌｅｎｂｅｒｇｅｒＴ，ＶｅｎｔｕｒａＢ，ＺｅｂｉｓｃｈＭ，ｅｔａ１．Ｓｅ１ｅｃｔｅｄ
数，即：
●ｌ－）一ｉ‘扣＾，成Ｄ）
中的声源与浅海中的声源对应的相关系数水平纵向周期是并不会因为声源位置发生改变的，这与之前得出的结
音与声音周围边界的非均匀声散射，散射反向性的声波会与声源的接收器声音产生叠加形成混响，散射的声波会释
。）Ｉ嚣∑ （。（。）Ｈ ’ｆｋｒ），
放能量引起接收信号声波幅度发生较大波动，频率产生非
０≤ ≤ ，０≤ ０≤
均匀变化。声波受浅海影响会出现多段短声波多途到达接
在这个公式中，Ｈ代表着海深程度，声源深度用ｚ来
收器，使得接受声波在相位关系上存在着随机性变化，因表示，其中的汉克尔第一类函数使用来代替的，在远
此会出现在同一浅海位置不同时间发出声源，接受点回收场中汉克尔函数还有一种近似表达式：
信号会随着时问发生不规则变化的现象。接收点接受信号之所以会发生随时间不规律变化很大程度

基于DNV SILENT-S的物探船水下辐射噪声分析

（上海船厂船舶有限公司，上海２０１２６４）
摘要：民用船舶的水下噪声测量研究一直鲜有报道。针对以螺旋桨为主要影响因素的船舶，基于ＤＮＶＳＩＬＥＮＴ — Ｓ的相关观点及要求，以多缆物探船 “ 发现６ ”为研究对象，主要对物探船螺旋桨引起的水下辐射噪声展开了分析
ＮＡＶＡＬＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥＡＮＤＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ船舶与海洋工程２０１５年第３ｌ卷第６期（总第１０６期）
ＤＯＩ：１０．１４０５６￣．ｃｎｋｉ．ｎａｏｅ．２０１５．０６．００９
ｔｏｗｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ。Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｂｉｅｃｔｓｈｉｐｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａｎｄａｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ
ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ－ｃａｕｓｅｄｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｎｏｉｓｅｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｏｎｅｏｆｈｅｔｆａｃｔｏｒｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｔａｇｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｒｅｆｅ：ｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｎｏｉｓｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｄｅｓｉｎｇｏｆｔｈｅｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｓｕｒｖｅｙｖｅｓｓｅ１．

水下磁异常探测

基于水下磁异常的潜艇探测技术0引言目前以声响讯号探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。

但由于复杂的海洋环境，声纳探测的灵敏度受到一定的限制，同时，声纳探测还有自身的诸如“声影区”的局限，探测海洋中的运动物体（如潜艇）和海洋资源，非声探测技术将发挥重要的作用，其中水下磁场探测技术是一种基于磁异信号的目标探测技术，是近年来随着磁传感器的测量精度不断提高而新兴的一种目标磁探测技术。

虽然电磁波在水中衰减的速率非常的高，但随着减声降噪技术的发展，磁测量定位可以准确地推算出磁体与探头之间的相对位置，获得磁体在不同的位置下准确的磁场信息，磁探测技术被广泛地应用于军事设施上可以定位侵入防护区域的磁性目标（坦克，潜水艇，导弹等）的探测。

因此，开展水下目标磁探测研究，根据水下大型目标磁场的远场分布特征，建立目标磁场分布的探测模型，对水下大型目标进行远程探测，迅速准确地判断出目标物的类型，并进一步对其进行定向与定位，已成为在现代海战中取得决胜的关键性因素。

1水下目标磁异常探测原理磁探测技术是各种非声探测中发展较早、技术较成熟的一种探测方法，与声纳技术相比具有识别能力高、运行时间短、定位精度高及成本低等优点。

海洋磁探测是搜索水下磁性体最有效的手段之一，这些磁性体产生的感应磁场叠加在海洋磁背景场之上，会导致海洋磁背景场明显畸变，会改变所在位置周围空间的地磁场分布，从而产生磁场异常信号，通过测试和处理磁异信号，可以得到反映磁性目标的探测信息，其物理基础为：含有铁磁性物质的物体会改变所在位置周围空间的地磁场分布，从而产生磁场异常信号，其原理如图1所示。

图 1 磁异常现象示意图可见基于磁异信号的目标磁探测技术与磁异常场和地磁场有关。

对磁性目标的探测信息的提取都是通过对磁异信号的测量，从地磁场（近似均匀场）为背景中提取出来的。

2水下磁异常探测研究现状2.1潜艇磁场模型建立分析目标的磁特性可以使磁异常探测系统准确确定目标，根据磁场来源可将用于水下目标探测的电磁场主要有四种：第一种是水下潜艇一般都是由不同金属构成的，不同金属之间会产生电化学腐蚀电流从而产生的感应电磁场，还有就是为了防止海水腐蚀金属，外加电流阴极保护系统(ICCP)产生的电磁场(CRE和CRM)；第二种是螺旋桨扰动腐蚀相关产生的轴频电磁场；第三种是舰船各种机电设备泄漏到海水中的电流产生的工频电磁场；第四种是水下目标的铁磁性金属结构的剩磁场和感应磁场。

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水下复杂声源辐射声功率的混响法测量技术研究水下运动目标的声学特性是水声学的重要研究内容，且水下运动目标大多都结构复杂，包括各种类型的声源，如机械、水动力及螺旋桨声源等。

水下复杂声源的声学特性包括声功率、指向性及频谱特性等。

在海洋环境下，由于不太容易修正海底及海面反射的影响，因此准确测量水下复杂声源的辐射声功率及频谱特性是很困难的，更无法实现噪声源分离。

混响法是建筑声学中常用的测量声源辐射声功率的方法，国际上已建立了相应标准；混响法在水下应用较少，主要是因为一般水池壁面的反射系数低，较难形成理想混响场。

本文主要研究非理想混响场条件下（非消声水池中）水下复杂声源辐射声功率的混响法测量技术，通过理论分析，实验验证等证明在非理想混响场条件下采用混响法也可以较准确地测量水下复杂声源的辐射声功率。

本文首先分析非刚性壁面矩形非消声水池中的声场特性，采用格林函数法推导出指向性声源在非消声水池离声源较远区域（混响控制区）空间平均均方声压与声源辐射声功率的关系，同时对声源的叠加性进行了验证，建立了水下复杂声源的混响法理论公式；针对低频声源测量的边界影响问题，扩展了Waterhouse校正并提出不同边界的统计平均校正，解决了混响场中水下低频声源的测量问题。

其次，研究了空间平均测量技术，研究了是否空间平均、空间平均不同方式及声源是否平均对声源辐射声功率测量结果的影响。

再次，在非消声水池中对水下复杂声源进行实验研究，测量了球型等标准声源的辐射声功率；测量了两相干球（同相位及反相位）与活塞型声源等指向性声源的辐射声功率。

实验研究了不同尺度非消声水池的尺度效应特性。

最后，对水下声源辐射声
功率测量的不确定度进行了分析。

测量及研究结果表明：空间平均范围越大效果越好，若同时对源进行空间平均效果更好；采用混响法测量的标准球型声源的辐射声功率与自由场测量结果之间相差不超过1dB；玻璃水箱（软边界）中声源低频段基于统计平均校正而得到的辐射声功率与自由场测量结果相差不超过1dB；两相干球型声源（同相位及反相位）的辐射声功率测量结果与理论值相差不超过１dB，活塞型声源的辐射声功率测量结果与自由场测量结果基本一致；两个小球同时工作的辐射声功率正好是每个小球单独工作的辐射声功率之和；非消声水池越大，测量的空间平均声压级、信噪比及Schroeder截止频率越低；水下声源辐射声功率测量的A类不确定度不超过1.5dB。

为测量流激水下翼型结构的流噪声，提出了一种混响箱测量方法。

在重力式水洞中搭建了一套实验测量系统，利用混响箱法测量了水下翼型结构模型的辐射声功率。

在此基础上研究了流速对其辐射声功率的影响。

结果表明：在水洞环境下，采用混响箱测量方法可避免水听器受声场畸变影响；当流速小于5m/s时，辐射声功率随流速的6次方增长，符合偶极子的辐射规律；当流速大于5m/s时，辐射声功率随流速的10±1次方规律增长，不再按偶极子的规律辐射。

混响箱壁面对声波的吸收较小，混响箱内的混响声场特性明显优于非消声水池（水泥或磁砖壁面）。

为改进混响场的混响声场特性，建议参照混响箱结构设计水下混响室。