二十世纪八十年代以前,国际上水声计量处于缓慢发展阶段,美、英、俄等国陆续建立以互易法为主的水声计量基准,中国最早的水声计量基准由中国计量科学研究院四川分院(现中国测试技术研究院)建立。后来为满足国防水声计量测试的需求,1988年中国成立了国防水声计量一级站,主要开展水声计量标准装置和水声计量测试方法的研究。随着激光干涉测量技术的发展,英国国家物理实验室最早在1988年实现了利用激光干涉测量技术复现高频水声声压(0.5兆赫~20兆赫),并在2010年扩展到60兆赫,之后又利用激光干涉测量技术实现了10千赫~1兆赫水声声压的量值复现。近十几年中国陆续也有研究所和高校也开展了基于激光干涉测量技术的水声计量研究,2019年中国计量科学研究院建立了激光干涉法高频水声计量基准,目前正在建立激光干涉法中低频水声计量基准。
水声计量
关于水声测量及其应用的学科。是在水声领域内研究计量单位统一和量值准确可靠的声学计量分支。
- 英文名称
- underwater acoustic metrology
- 所属学科
- 仪器科学与技术
水声计量主要包括水声基本量值的溯源和传递、专用水声设备的校准和水声技术工程参数的精确测量。水声基本量值主要包括水声声压、质点振速、声强和声功率。由于声强和声功率在一定条件下可由声压导出,因此水声声压是水声计量主要的研究对象。水声声压量值的溯源和传递,主要是通过建立水声声压基准装置并对标准水听器进行校准来完成的。
中国现有的水声声压基准装置按频率范围可分为低频水声声压基准、中频水声声压基准和高频水声声压基准。低频水声声压基准装置由低频标准水听器、密闭测量腔和配套测量设备组成,测量频率范围为1赫兹~2000赫兹,通过双辐射零值法测量低频基准用标准水听器的声压灵敏度,进行声压量值的复现;中频水声声压基准装置由中频标准水听器、满足中频自由声场的消声水池及配套测量设备组成,测量频率范围为2千赫~200千赫;高频水声声压基准装置由高频水听器、满足高频自由场条件的消声水池及其精密坐标测量装置和配套测量设备组成,测量频率一般为0.2兆赫以上。中频和高频水声声压基准装置都可以采用自由场互易法或激光干涉法实现声压量值的复现。
标准水听器的校准可分为绝对法和比较法。绝对法校准主要包括自由场互易法、激光干涉法、耦合腔互易法、行波管互易法、振动液柱法、压电补偿法和静水压激励法等;比较法校准主要有自由场比较法和声压场比较法,通常前者适用于较高频率,后者适用于较低频率。
专用水声测量设备如测深仪、鱼雷声靶等,需定期或不定期地进行水声校准,截至21世纪10年代,中国还没有建立专门的校准装置,也没有制定相应的校准规范。
随着英国、德国、中国等国家计量院建立激光干涉法校准装置,水声声压量值复现展现出以激光干涉测量技术替代互易校准技术的发展趋势。美国、俄罗斯更多关注低频/甚低频段的水声计量。随着水声设备类型的增多,频率范围的扩展和性能的提升,水声计量也面临着许多新要求,其新技术的发展主要包括近场测量技术、激光测量技术在水声计量中的应用、数字水听器校准等。
扩展阅读
- 袁文俊,薛跃泉,缪荣兴.水声计量测试技术赴欧考察情况报告.声学技术,1990,(02):38-45.
- 王月兵.英国国家物理实验室的水声计量设施和研究计划.声学与电子工程,2006,(01):1-4.
- 国防水声计量一级站.高速度 高起点 发展国防水声计量事业.中国计量,1996,(12):36-37.