技术摘要：
本发明公开了一种共振空腔水听器的工作频率拓展方法，水听器的工作频率小于等于阈值时，所述方法包括：水听器包括：圆柱螺旋管道器件或立体螺旋管道器件或平面螺旋管道器件、麦克风布放位置、扫描螺旋线、电源和信号线、固定麦克风的盖子、插入麦克风的孔、平面螺旋管  全部
背景技术：
水听器可以将水下声信号转换为电信号，并广泛用于水下声检测、测距、通信、充 液加压管道的泄漏检测等。灵敏度是水听器最重要的性能指标之一，高的灵敏度可以带来 更高的信噪比以及更长的检测和通信距离。 为了提高水听器的灵敏度，一方面，采用具有更高压电系数的新材料来提高压电 转换效率；另一方面，采用增敏结构提高声压到压电水听器的压电材料的振动的耦合效率 或提高声压到光纤水听器的光纤的动态应变的耦合效率。当水听器在远离共振频率的频带 中工作时，其频率响应是平坦的，并且可以在非常宽的频率范围内接收信号。然而，一些用 于回声检测和通信的水听器通常在谐振频率下工作以获得足够高的灵敏度，而在其他频率 下它们的灵敏度则尽可能低以抑制环境噪声的干扰。在窄带场景中使用的水听器，一般使 用具有共振现象的固体增敏结构和液体共振腔来提高灵敏度。 这类共振型水听器，都是利用固体元件本身的共振或液体腔的共振，其共振频率 与壳体尺寸和材料属性有密切关系，因此设计变量多、结构复杂、设计成本高，无法充分满 足各种频率水听器的快速设计和制备的需求。
技术实现要素：
本发明提供了一种共振空腔水听器的工作频率拓展方法，可避免传统水听器为增 加灵敏度所引起的设计周期长、结构复杂、成本高的缺点，详见下文描述： 一种共振空腔水听器的工作频率拓展方法，水听器的工作频率小于等于阈值时， 所述方法包括： 水听器包括：圆柱螺旋管道器件或立体螺旋管道器件或平面螺旋管道器件、麦克 风布放位置、扫描螺旋线、电源和信号线、固定麦克风的盖子、插入麦克风的孔、平面螺旋管 道器件的一个横截面、以及麦克风； 过圆柱螺旋管道器件或立体螺旋管道器件或平面螺旋管道器件的表面任意一点 布放位置，用垂直于扫描螺旋线的平面截取立体螺旋管道器件或平面螺旋管道器件，获取 截面图；通过数值计算不同条件下的螺旋线的弧长，通过调节弧长连续地调节工作频率。 其中，平面螺旋管道器件上、截面上设置有麦克风布放位置，麦克风布放位置处设 置有麦克风，麦克风上设置有电源和信号线，以及固定麦克风的盖子，电源和信号线与麦克 风焊接在一起，麦克风插入小孔进而固定在平面螺旋管道器件上。 当水听器的工作频率大于阈值时，所述方法包括： 水听器包括：球形腔或扁圆柱腔或长圆柱腔或长方体腔或圆环腔，将麦克风插入 空腔中，获取截面图； 敲击外壳，记录麦克风声音数据做傅里叶变换，得到频谱图，识别特征峰，如果预 3 CN 111551243 A 说　明　书 2/6 页 期工作频率f0与特征峰fri，i＝1,2,3,…之一相等，则该器件可用；如不相等，则等比例改 变腔体的尺寸，旧器件和新器件的尺寸比例系数为f0/fri，使得新器件的工作频率之一fri 等于预期工作频率f0。 其中，电源和信号线与麦克风焊接在一起，麦克风通过平面螺旋管道器件上的小 孔插入水听器、安装在截面上，电源和信号线的一部分露在水听器的外部，电源和信号线穿 过盖子，电源和信号线、盖子之间、以及盖子、小孔之间由速干胶水密封固定。 本发明提供的技术方案的有益效果是： 1、水下声测距和检测通常要求水听器在窄带工作频率下具有高灵敏度。与借助新 材料和固/液谐振结构的传统增敏方法不同，本发明提供了一种基于谐振气腔的低成本、高 灵敏度、多频水听器的设计方法，该谐振器内部装有廉价的商用MEMS麦克风。该水听器的共 振频率由空气腔尺寸和声学模态决定(即腔尺寸和共振频率的乘积为一个定值)，但与固体 外壳的共振无关，这大大简化了水听器的设计、提高了水听器工作频率的设计精度，保证了 特定频率处的高灵敏度。 2、本发明开发的水听器在共振频率下的灵敏度和信噪比(SNR)高于商业标准水听 器TC4013 50dB放大器。 3、本发明所提出的水听器被成功地应用于水下声测距和充水管道的泄漏检测；当 压力降至70kPa时，泄漏检测分辨率高达0.164L/min。 附图说明 图1为基于螺旋管道的共振空腔水听器的结构示意图； 图2为基于短共振空腔水听器的结构示意图； 图3为螺旋管道器件的声压声场分布示意图； 图4为螺旋管道器件的沿线声压分布示意图； 图5为两个不同大小水听器的频率响应曲线示意图； 图6为不同直径空腔水听器的前三个工作频率与半径的关系示意图； 图7为本发明试制的水听器和标准水听器的输出信号对比示意图； 图8为本发明试制的水听器用于检测管道泄漏时的信号幅度和压力、泄漏量随着 时间变化的曲线示意图。 表1为本发明试制的水听器进行水下测距的结果。