[发明专利]一种水声发射换能器宽带发送响应的快速测量方法及装置

说明书

一种水声发射换能器宽带发送响应的快速测量方法及装置，属于水声换能器测量领域。本发明先把待测水声发射换能器放入混响水池中，由信号发生器产生宽带连续白噪声信号，经由功率放大器放大激励水声发射换能器发射声信号，在混响水池的混响控制区利用已知灵敏度的标准水听器，采用标准水听器空间扫描移动的方法，通过标准水听器测量混响声场空间平均声压，进而计算水声发射换能器的发送响应。采用本发明方法可以实现水声发射换能器的宽带测量，具有测量结果准确、测量步骤简单、效率高的优点，并且在相同的混响水池中，采用本发明方法测量的下限频率低于脉冲声技术的下限频率。

技术领域

本发明属于水声换能器测量领域，具体涉及一种水声发射换能器宽带发送响应的快速测量方法及装置。

背景技术

水声发射换能器的发送响应是水声计量测试中的重要参数之一。发送响应按照参考电学量的不同分为发送电压响应和发送电流响应。一般采用发送电压响应来表示水声发射换能器的发射性能，其定义为：在指定方向上距离发射换能器等效声中心参考距离上声压与加到发射换能器输入端电压之比。发送电压响应一般在自由场环境下测量，而对于大多数的水声发射换能器生产单位，建造一个合适的消声水池费用较大，而建造一个混响水池是可行的。

混响水池作为实验室中常见的测量水池之一，常被用于声学测量。利用混响水池进行水声发射换能器的发送响应测量，对于中高频段采用脉冲法进行校准，可以在时域上将直达声与混响声分开，但由于波长和频率的关系，所需的水池尺寸会随着频率的降低而越来越大，这就导致混响水池的测量存在低频测量下限。莫喜平等的专利CN2008101161575提出了混响水池中低频换能器测量的空间域处理方法，该方法通过提取所需的直达声信号，应用于发射换能器的发送电压响应测量和水听器的比较法校准。到目前为止在混响水池中的水声发射换能器发送响应测量方法都是利用发射声中的直达声，而混响水池中声源发射的声波经过边界的反射和散射形成了距离声源一定距离之外的混响控制区。混响控制区内混响声起主要作用，其空间平均声能密度恒定。空气声学中已采用此原理进行了扬声器的辐射声功率测量、传声器校准和吸声材料吸声系数的测量等。在水声领域，由于边界干涉的影响，声场声压分布不均匀，特别是在低频段，由于声场中模态数目较少，声能密度起伏较大。为了克服声场声能密度起伏较大的问题，哈尔滨工程大学李琪研究团队利用空间平均技术在混响控制区测量了混响场的空间平均声压级，有效的克服了边界对声场的干涉影响，实现了混响水池中Schroeder截止频率以上频率范围标准声源和水下复杂声源的辐射声功率测量。

由于水声换能器声源强度与混响水池混响控制区空间平均声压级存在着确定的线性对应关系，结合水声换能器发送响应的定义，构建水声换能器输入端电压与水声换能器在混响水池混响控制区空间平均声压级的对应关系，运用空间平均测量方法，并采用宽带信号实现水声换能器宽带发送响应的快速测量。该方法在目前的公开资料中没有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水声发射换能器宽带发送响应的快速测量方法及装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种水声发射换能器宽带发送响应的快速测量方法，包括以下步骤：

(1)根据待测水声发射换能器的工作频率范围选择用于测试的混响水池，要求混响水池的f_s低于水声发射换能器工作频率范围的下限频率f_l；

(2)将待测水声发射换能器置于混响水池中，待测水声发射换能器放在混响水池长度方向上的一个三分点位置处，且保证待测水声发射换能器表面与混响水池池壁或水面的距离不小于0.1米，待测水声发射换能器保持静止状态；

(3)将标准水听器置于混响水池的扫描移动区域中，标准水听器表面距离混响水池池壁或水面的距离不小于0.1米，扫描移动区域边界与待测换能器之间的最小距离不小于临界距离的4倍；