[发明专利]一种测量水声压电换能器在非消声水池中平均辐射阻抗的方法

说明书

技术领域

本发明涉及声源辐射阻抗的测量方法，尤其涉及一种测量水声压电换能器在非消声水池中平均辐射阻抗的方法。

背景技术

非消声水池相对消声水池及外场测试具有重复性好、测量条件容易满足、测试快捷成本低等优势，加之混响法研究的进展，推动了非消声水池的广泛应用。非消声水池的主要应用场合有：换能器校准、声源辐射声功率测量、材料大样声吸收测试、流噪声测试等。不同的非消声水池与自由场间的声场关系不同，在应用非消声水池时，需要预先通过已知声源对非消声水池声场进行自由场校正，便于对非消声水池中的测试结果分析和评价。当声源在非消声水池中发射时，声源的辐射阻抗会受到声场边界的影响而发生改变，这将直接影响非消声水池声场的变化。因此，测量已知声源在非消声水池中的平均辐射阻抗是对非消声水池声场进行自由场校正的有效途径之一，并对深入研究非规则形状、复杂边界条件的非消声水池的声场特性具有实际意义。

压电发射换能器是水声中一种常用的声源，其辐射阻抗一般都是在消声水池或是自由场环境测量的，由于非消声水池中声场特性复杂、对非消声水池的应用正处于研究拓展阶段，因此在非消声水池中关于换能器辐射阻抗测试的相关报道很少见。专利号201210535235.1提供的在非消声水池中测量压电换能器阵互辐射阻抗的方法，需要在空气中和非消声水池中分别测量出换能器的谐振频率，而某些水声用压电换能器可能通过特殊设计或工艺增加发射增益，在消声水池中测量到的导纳曲线比较规则，但是在空气中测得的导纳曲线会有多个共振峰值，无法确定谐振频率；换能器在小尺度非消声水池中发射时由于声场边界的干涉影响，会使换能器辐射阻抗发生剧烈变化，测得的导纳曲线起伏加大而分不清共振峰值，也无法确定谐振频率。在消声水池中测量压电换能器辐射阻抗的传统方法在非消声水池中已不再适用，目前尚未见仅使用阻抗分析仪快捷测量非消声水池中压电换能器平均辐射阻抗的方法报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作方便、精度高的，一种测量水声压电换能器在非消声水池中平均辐射阻抗的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种测量水声压电换能器在非消声水池中平均辐射阻抗的方法，包括以下步骤，

步骤一：测量水声压电换能器在空气中的电导纳；

步骤二：测量水声压电换能器在消声水池中的电导纳；

步骤三：测量水声压电换能器在待测非消声水池中N个测量位置处的电导纳；

步骤四：根据水声压电换能器在空气中的电导纳和在消声水池中的电导纳分别绘出导纳曲线图，根据导纳曲线图确定水声压电换能器的内阻和内容，并进一步确定该水声压电换能器在各测试频率的静态导纳Y₀：

其中，R₀为水声压电换能器内阻，C₀为水声压电换能器内容，2πf为测试圆频率；

步骤五：根据静态导纳Y₀和水声压电换能器在空气中的电导纳，确定该换能器的机械阻抗R_m：

其中，Y_a为水声压电换能器在空气中的电导纳；

步骤六：根据静态导纳Y₀和水声压电换能器在待测非消声水池中N个测量位置处的电导纳，确定该换能器在待测非消声水池中N个测量位置处的动态阻抗；

步骤七：根据机械阻抗和动态阻抗，确定该换能器在待测非消声水池中平均辐射阻抗。

一种测量水声压电换能器在非消声水池中平均辐射阻抗的方法，还可以包括：

1、水声压电换能器在待测非消声水池中N个位置的选取方法为：根据非消声水池不同方向的简正频率，至少在各阶简正波的两个零点间选择一个测量位置，并且测量位置距离池壁和水面的距离大于测量最低频率的半波长。

2、水声压电换能器在非消声水池中第i个测量位置处的动态阻抗为：

其中，为在非消声水池中第i个测量位置处的电导纳。

3、水声压电换能器在待测非消声水池中平均辐射阻抗为：

其中，为各测量位置处动态阻抗的平均值。

有益效果：