[发明专利]一种低频换能器谐振点发射响应的测量方法和系统

说明书

本发明公开了一种低频换能器谐振点发射响应的测量方法和系统，该方法及相应系统涉及自由场换能器水声测量领域，主要用于水声换能器发射参数的宽带测量。本发明首先建立发射换能器与标准水听器的线性幅度和相位响应系统，并建立信号的时间与频率关系。对标准水听器接收到的开路电压信号和发射电流与电压信号进行相位修正，得到系统的传递函数。根据发射换能器的响应特性，对发射换能器的频率响应进行预估，得到预估函数s(f)，然后利用预估函数对系统传递函数进行多次迭代的积分平均处理，消除水池混响以及噪声产生的影响。最终利用传递函数得到发射换能器的发射电流响应和发射电压响应，实现发射换能器谐振点处发射参数的测量。

技术领域

本发明属于水声测量技术领域，具体涉及一种低频换能器谐振点发射响应的测量方法和系统。

背景技术

随着水声技术的发展，水声计量对保障水声设备的性能指标以及正常使用都具有重要作用。自由场是最接近换能器、水听器等水声设备实际工作环境的声场，因此，自由场校准的研究对保障水声换能器和水听器的研制和实际应用具有重要作用。

长期以来，发射换能器发射电流响应与发射电压响应(可以简称为换能器的发射响应)是评价换能器性能最常用的技术指标。对于低频换能器而言，为了在低频达到较高的声源级，通常需要其工作在谐振点附近。当换能器工作在谐振点附近时，其频率响应通常较高，并且谐振点与附近的其他频点的频率响应差别较大，因此需要对低频换能器谐振点附近及两边频带内的发射响应进行测量。

目前，低频换能器的发射响应可以在湖泊和海洋中进行外场测量，这种外场试验通常在开阔的水域中进行，周围有较小的反射体，比较接近换能器实际工作的自由场环境。但是这种测量方法需要在湖上和海上建立相应配套的调放和固定装置，人力和物力成本较高。同时，这种外场实验在测量时通常伴随着较大的背景噪声，这对测量的准确度产生了较大的影响。为了方便测量，目前人们通常在实验室中建立消声水池，用来模拟发射换能器工作的自由场环境。消声水池的体积有限，为了消除水池边界和水面带来的反射，消声水池的五个表面及水面通常铺设消声尖劈，在消除反射波的同时，可以降低水池的混响。在换能器发射响应的测量中，脉冲声技术一直是水下电声参数测量中最为常用的技术手段，该方法通过发射有限周期的单频脉冲信号，可以在时间上将直达信号和反射信号进行分离，以降低水池边界反射对测量产生的影响。

对于低频发射换能器测量而言，目前存在两个方面的问题：1)由于受到有限水域空间的限制，无法开展换能器的低频测量；2)在谐振点附近，由于换能器的频率响应变化较为剧烈，若想得到发射换能器在谐振点处的频率响应，需要对其进行逐点测量，这样测量不仅误差较大，而且用普通脉冲信号进行测量时，比较浪费时间。

发明内容

针对目前发射换能器低频测量方法存在的不足，解决低频发射换能器发射响应测量的问题，本发明提供了一种低频换能器谐振点发射响应的测量方法和系统，能够实现低频换能器发射响应测量，可以在有限水域中实现低频发射换能器谐振点附近发射参数的宽带测量，直接得到发射换能器在整个频段的频率响应。同时，结合发射换能器先验函数估计和多次迭代与积分平均方法，消除由于积分平均造成的发射换能器发射响应曲线畸变，提升低频发射换能器发射响应测量精度。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。本发明公开了一种换能器低频宽带发射响应的测量方法，主要包括以下步骤：

(1)根据测量频率范围，利用信号发射器产生具有一定带宽并且相互正交的线性扫频信号F_sin和F_cos，并将该信号通过线性功率放大器进行功率放大；

(2)通过功率放大后的正交信号激励低频发射换能器在水下产生声信号；

(3)宽带灵敏度为M₀(f)的标准水听器在水下与发射换能器位于同一深度，并且与发射换能器的距离为d₀，该标准水听器分别接收发射换能器在水下产生的正交声信号，并在末端输出开路电压信号U_s0和U_c0；