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海洋声探测关键计量标准及溯源技术研究

2020-09-21

 

为支撑国家海洋事业发展,中国船舶重工集团公司第七一五研究所作为主持单位联合中国船舶重工集团公司第七〇二研究所、厦门大学、哈尔滨工程大学和西北工业大学等单位,共同承担了国家重点研发计划“国家质量基础的共性技术研究与应用”重点专项“海洋声探测关键计量标准及溯源技术研究”(项目编号:2016YFF0200900)。项目团队在国防科技工业水声一级计量站现有海洋声探测计量能力的基础上,通过开展高精度宽频带水听器校准、水声材料声学参数测量、水下辐射噪声和海洋声学仪器测量等关键计量标准及溯源技术研究,发展海洋声学计量技术,提升现有装置的计量水平和量传能力,使我国海洋声探测关键计量标准及技术整体水平跻身世界前列,计量测试综合能力位居世界第二,为我国海洋经济建设和科技创新提供了支撑。
项目共发表科技论文26篇,获软件著作登记权3项,出版《水下电声参数测量》规划技术图书1部,该图书为“十三五”国家重点出版物。培养硕士研究生7名、博士研究生2名,另有10余名研究生在读。同时,在项目研究成果的基础上,项目组系统全面地总结了国内外水声计量测试技术,对培养我国海洋水声技术人员、促进我国海洋水声科学技术和装备事业发展具有重要意义。
 
1 主要研究内容
项目主要研究内容包括常压下水听器校准及有限空间校准频率拓展技术研究、水声换能器辐射声场及船舶水下辐射噪声测量技术研究、海水密度计量技术研究、变温变压下海水声速测量技术研究、海流计校准及多波束声呐校准技术研究。通过该项目研究,建立常压下水听器校准装置、高静水压下水听器校准装置、水声材料测量装置、静力式离线海水密度计计量标准装置、在线海水密度计计量标准装置、海水声速测量及声速仪校准装置、海流计及多波束声纳校准系统等7套关键计量标准,攻克有限空间频率拓展、水声换能器辐射声场及船舶水下辐射噪声测量、多波束声呐校准等关键技术。
 
2 主要成果及指标
研建了常压下水听器校准装置和光学法校准装置(图3),覆盖水听器校准的工作频率范围为20500 000 Hz,测量不确定度为0.40.5 dB。攻克了有限空间频率拓宽技术,最低校准频率降低至250 Hz。
研建了高静水压下水听器校准装置,覆盖水听器校准的频率范围为20200 000 Hz,最高静水压10 MPa,测量不确定度为0.5 dB。研建了水声材料声学参数测量装置,覆盖的工作频率范围为1004000 Hz,最高静水压10 MPa。10 MPa高压消声水罐结构见图4。
攻克了船舶水下辐射噪声测量技术,装置工作频率范围为1020 000 Hz,测量不确定度为5 dB。船舶水下辐射噪声测量技术特征见图5。
研建了海水密度计计量标准装置(图6),标准不确定度达到为3×10-6(离线式)和0.3分度(在线式)。
研建了变温变压下海水声速测量装置(图7),工作温度范围为273 K至350 K,最高静水30 MPa,声速测量标准不确定度为0.005%,声速仪校准相对标准不确定度为0.02%。
研建了多普勒海流计校准装置,流速范围0.013 m/s,不确定度优于0.1%+2 mm/s。攻克了多波束校准技术,实现了多波束底物目标检测分辨率1 cm的精度。图8、图9分别展示了大流速立式循环水槽装置、多波束校准装置。
项目主编并发布2项国际电工委员会(IEC)国际标准(IEC 60500:2017、IEC 60565-2:2019),参编IEC 6056H:2020、ISO 17208H:2016、ISO 17208-2:2019等多项水声国际标准,主编1项国家标准GB/T 4130-2017,开展了ISO 17208-1国际标准采标。其中,IEC 60500:2017《水声-水听器-1 Hz-500 kHz频率范围的水听器特性》是我国主持完成的首项水声国际标准,使我国在水声国际标准制修订方面实现了零的突破,进一步提升了我国在水声国际标准化和计量领域的地位和影响力。
项目团队利用研究成果代表中国以NIM-HAARI的名义参与第二次水声国际关键比对CCAUV.W-K2,是独立完成全频段校准的4个国家(中国、英国、美国、俄罗斯)之一。
 
3 社会经济效益
该项目建立了常压下水听器互易法和光学法校准装置等7套海洋声探测关键计量基标准装置,攻克了有限空间校准频率拓展、水声换能器辐射声场及船舶水下辐射噪声测量、多波束声呐校准等关键技术,进一步提升了我国的海洋声探测溯源能力,完善了海洋声探测量传体系,使我国的海洋声探测校准技术达到国际先进水平。项目成果具有重要的科学价值,将产生良好的社会效益、经济效益和生态效益。