中国船舶重工集团公司第七一五研究所是中国最大的水声装备总体研究所，是专业从事声学、光学、磁学探测装备的研制、试验、生产的重点军工骨干研究所。国防科技工业水声一级计量站作为我国水声行业唯一的一级计量技术机构，在国内和国际水声界拥有较高知名度和较大影响力的先进计量技术机构，其主要任务是：面向全国海洋工程装备及高技术船舶行业水声设备的研制、试验、生产和使用部门，进行水声产品的校准、检测工作，为客户提供客观和公正的校准/检测数据。同时在我国水声行业内，开展水声量值的传递、检测以及水声计量监督、管理和服务，确保我国水声行业的量值准确一致和水声设备性能质量的先进可靠。水声一级计量站结合我国海洋工程装备及高技术船舶行业水声型号装备的发展要求，为水声装备提供了全方位的计量保证。

　　一、背景情况

　　2012年7月16日上午，随着我国“向阳红09”试验船顺利返抵青岛，为期44天的“蛟龙号”载人潜水器7000米级海试任务圆满完成，标志着在国家高技术研究发展计划（863计划）的持续支持下，“蛟龙号”历时10年的研制和海试工作圆满结束。由水声一级计量站研制的“蛟龙号”SD10型耐超高静水压深水宽带换能器，在整个“蛟龙号”载人潜水器7000米级海试任务中工作正常、性能稳定，确保了试验任务的圆满成功。

　　回顾“蛟龙号”SD10型耐超高静水压深水宽带换能器整个研制过程，在国防科技工业面临“保军品、强能力、调结构、上水平、促转变”的大形势下，水声一级计量站以建设先进的国防科技工业为总目标，积极转变观念，理清思路，找准定位，充分认识肩负的历史使命和重大的责任。始终遵循“强化基础，科学发展，自主创新，引领未来”的方针，以“强化机构履职意识、提高机构履职能力、打造军工计量品牌”为重心，严格管理，强化应用，充分调动职工的积极性和创造性，圆满地完成了量值传递、校准检测、计量监督、管理与服务工作，有力地保障了我国水声行业型号工程和预先研究工作的开展。

　　二、技术措施

　　2002年，中国科技部为推动中国深海运载技术发展，为中国大洋国际海底资源调查和科学研究提供高技术装备，同时为中国深海勘探、海底作业研发共性技术，将深海载人潜水器研制列为863计划重大专项，启动“蛟龙号”载人深潜器工程。

　　“近底自动航行和悬停定位”、“高速水声通信”、“充油银锌蓄电池容量”被誉为“蛟龙”号的三大关键技术。其中，“高速水声通信”更是确保“蛟龙号”航行与工作安全的重中之重。众所周知，陆地通信主要依靠电磁波，速度可以达到光速，但电磁波在海水中却只能传播数米。因此，“蛟龙”号潜入深海，与母船保持通信联系必须依靠声呐通信技术。但传统的声呐通信技术无法满足“蛟龙”号的需求：声音在水中的传播速度一般为每秒1500米左右，如果是7000米水深的话，喊一句话往来需要近10秒，声音延迟会很大。同时，普通声学传输的带宽也极其有限，传输速率很低，而且声音在不均匀物体中的传播效果不理想，海水密度不同、温度高低不均、海底回波条件不同，再加上母船和深潜器上的噪音等，传统意义的普通声呐通信技术将无法有效解决“蛟龙”号的通信难题。为此，“蛟龙”号配置了高速水声通信系统，能够实时传输语音、文字和图片，确保“蛟龙”号航行与工作安全。作为“蛟龙”号高速水声通信系统的关键核心装备之一即为耐超高静水压深水宽带换能器，它能确保在超高静水压环境下实时完成语音、文字和图片信号的声电、电声转换与高保真收发工作。

　　图1 SD10型换能器实物图

　　在深海面临着超高压、超低温、高腐蚀等恶劣工作环境。水中每增加10米水深就相当于增加1个大气压，“蛟龙”号设计的最大下潜深度为7000米，则相当于承受700个大气压（合70MPa）力。科学家曾指出，“神舟”九号飞船在太空工作时承受约1个大气压的负压力，而“蛟龙”号则需承受700个大气压。因此，从某种意义上说“入海”的难度实际上并不亚于“上天”，并且载人深潜器上的每一个部件都会受到深海超高静水压力的巨大考验。

　　“蛟龙”号高速水声通信系统前期设计所用换能器并非水声站研制，由于其性能一直无法满足系统总体性能指标要求，致使“蛟龙”号高速水声通信系统无法正常交付使用。“蛟龙”号项目主承研单位于2009年10月联系水声一级计量站，由于项目时间要求紧迫，水声站立即成立了专门研究小组，充分利用国防军工计量“十五”、“十一五”标准水听器和换能器研究成果，与项目主承研单位经过多次技术研讨后，及时高效地开展换能器设计与研制工作，并第一时间确定了所需换能器的外形尺寸、声学性能、接口模式等重要技术性能指标。综合“蛟龙”号总体对换能器辐射声场的要求及深海恶劣的工作环境，水声站创新采用纵向振动和弯曲振动相结合的纵弯多模振动换能器。在换能器壳体内部设置专用挡板，有效抑制换能器的后向辐射。科学调节前盖板的几何尺寸，使弯曲频率降低、频带拉宽。为充分适应深海恶劣的工作环境，采用钛合金耐压壳体作为换能器外壳，同时采用科学的结构设计和压力平衡技术，确保了换能器能够在超高静水压条件下正常稳定地工作。

　　水声一级计量站于2010年2月完成了换能器初样研制与声性能校准测试，技术性能指标基本满足要求，略作优化修改后，于2010年4月完成了换能器正样研制工作，如图1所示。

　　水声一级计量站依托Φ4m×12m大型变温变压消声水池，利用10MPa高静水压下换能器特性校准装置、换能器电声综合参数校准装置、水声换能器大功率特性测试系统等多套校准装置、测试系统，完成了SD10型换能器在10MPa静水压下声性能参数的实时在线校准与测试。因水声一级计量站已有条件无法完成（10～70）MPa高静水压下换能器声性能参数的实时在线校准与测试（注：（10～70）MPa高静水压下能力建设已在“十三五”规划中完成设计与建设工作），水声站依托兄弟单位完成70MPa水压试验，在SD10型换能器无漏水、绝缘正常的情况下，随后用水声站相关装置完成了SD10型耐超高静水压深水宽带换能器70MPa水压试验后声性能参数的校准与测试。如图2所示。

　　图2 SD10型换能器70MPa水压试验后部分 声性能参数校准与测试结果

　　随后SD10型耐超高静水压深水宽带换能器交付项目主承研单位，作为高速水声通信系统关键核心装备安装在“蛟龙”号载人潜水器上，如图3所示。并成功完成了“蛟龙”2010年3000米、2011年5000米载人深潜试验中的高速水声通信任务，并由系统主承研单位出具了“使用证明”文件。

　　图3 “蛟龙”号上SD10型换能器安装图

　　三、取得成果

　　北京时间2012年6月24日，“蛟龙号”载人潜水器在西太平洋马里亚纳海沟进行了7000米级海试任务的第四次下潜试验，最大下潜深度7020米。6月27日进行了第五次下潜试验，“蛟龙号”再次刷新世界同类载人潜水器最大下潜深度，最大下潜深度达7062.68米。6月30日进行第六次下潜试验，也是全部海试中的最后一次下潜试验，最大下潜深度7035米。“蛟龙”号7000米级海试任务的成功，使中国成为继美国、法国、俄罗斯、日本之后世界上第五个掌握大深度载人深潜技术的国家。由水声一级计量站研制的“蛟龙号”SD10型耐超高静水压深水宽带换能器在整个试验中工作正常、性能稳定，确保了整个试验的成功。与此同时，也标志着水声一级计量站耐超高静水压深水换能器的研制能力已处于国际领先水平。