英国国家物理实验室的水声计量设施和研究计划_王月兵.pdfVIP

2006年第 1期 声学与电子工程 总第 81期 英国国家物理实验室的水声计量设施和研究计划 王月兵 （第七一五研究所，杭州，310012） 摘要：本文介绍了英国国家物理实验室的水声校准和测量设备的状况、对校准和测量系统进行技术改 造的动向、以及目前所进行的校准方法研究情况。 关键词：英国国家物理实验室；水声校准；水声测量 自1900 年建立以来，英国国家物理实验室 3~500kHz 频率范围内对换能器和水听器进行校 （NPL ）已有 100 多年的历史。建立之初，NPL 准和测量。该高压消声水池的温度变化范围为 便确立以物理量的计量和测试技术研究为主要任 2~35C ，静水压力变化范围为 0~7MPa 。为了开 务。经过多年的发展，NPL 对多种物理量的计量 展换能器和基阵的低频校准和测量工作，NPL 最 和校准取得了突出的成就，成为世界著名的研究 近又从英国海军部门购置了一个湖上试验场。该 机构。目前，作为英国国家基准的研究和保存单 试验场位于伦敦附近的Wraysbury 小水库上 （见 位，NPL 与多个国际计量和标准化组织保持着密 图4 ），水域长度约为2km、宽约为1km、最大水 切的联系。 深为 22km ，经过改造，目前 NPL 使用它在 声学计量一直是英国国家物理实验室的一 1~350kHz 范围内开展换能器和基阵的校准和测 项重要工作，通过多年的研究和改进，它所拥有 量工作。 的空气声和超声计量设施具有国际领先的技术水 平。近年来，依靠国家贸易与工业部（DTI ）和 海军相关部门的支持，NPL 加强了对水声计量的 投入和技术开发力度，力图成为欧洲水声计量的 中心。本文将对NPL 水声校准设备和研究计划作 综述性介绍，以供有关技术人员参考，并从中得 到有益的启发。 1水声校准测量设备现状 为了进行水声校准和测量，NPL 建立了耦合 腔校准装置(图1)、常压消声水池校准系统(图2)、 高压消声水池及配套的测量系统(图3)，并于近期 完成了湖上试验场(图4) 的技术改造工作。 NPL 目前建立的耦合腔校准装置可工作在 图1 NPL的耦合腔校准系统 20Hz~2kHz 的频率范围内。压力控制设备可放置 在台面上方便地进行操作（见图1），该设备最高 可施加的静水压力为 7MPa 。消声水池由大型的 圆柱形木制酒桶改造而成，深度为 5m、直径为 5.5m，配套的校准装置可在 1kHz~ 1MHz 范围内 对水听器和换能器进行校准和测量；在水池面上 配备了精密的机械三维扫描设备，用于开展对换 能器声场的精密测量工作，NPL 利用该套设备开 展了大量的有关换能器和声学材料的研究工作。 NPL 的高压消声水池是由英国海军出资从美国 海军水下作战中心（NUWC ）购置的，如图3 所 示。水池的内直径为 2.5m、长度为 7.6m，可在 图2 NPL的中频校准水池定位系统 1 王月兵：英国国家物理实验室的水声计量设施与研究计划 图3 NPL 的高压消声水池（APV ）结构示意图及实物 图4 NPL 的湖上试验场及其安装设备和测量系统 2校准设备的主要技术改造 低频特性进行测量