[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

摘要

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。

主权项

1.一种水声发射换能器宽带发送响应的快速测量方法，其特征在于，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fs低于水声发射换能器工作频率范围的下限频率fl；(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；(4)在测试过程中，信号发生器产生宽带连续白噪声信号，信号宽度覆盖待测水声发射换能器的工作频率，经功率放大器激励待测水声发射换能器发射声信号，调整功率放大器的增益，使得标准水听器在扫描移动区域中测量声压信号，要求此声压信号高于背景噪声15dB以上；标准水听器在扫描移动区域中进行扫描移动，扫描移动方式为：在一次测量过程中标准水听器移动速度不超过0.1m/s，按照“S”形轨迹移动，移动的路径应不小于测量下限频率波长的2倍，且尽量遍及整个扫描移动区域；(5)在一次测量过程中，待测水声发射换能器输出连续信号并稳定工作一段时间，混响水池内形成稳态声场后，运用边采集边扫描移动的方式，数据采集器同步测量混响声场声压p和待测水声发射换能器输入电压E；其中数据采集器连续采集，采样率为测量最高频率的2.56倍，分析频率分辨率为2Hz，因此每采集时长为0.5s的数据进行一次功率谱分析，获取频谱数据的幅值作开方运算，每次采集测量时长不小于60s，因此测量的点数N不少于120，每次测量完成后停止扫描移动；(6)在一次测量数据中，对每一组数据再根据下式计算标准水听器空间平均声压

；式中，pi为变量p的第i组测量值，N为总测量次数；(7)根据下式计算待测水声发射换能器的发送电压响应SV为：式中，M为标准水听器的灵敏度，是频率的函数；J为混响水池中声场互易常数，取决于混响水池的体积和壁面的材料特性，是频率的函数，计算公式为：式中，ρ为水的密度，f为频率；(8)重复测量6次，对测量的水声发射换能器发送响应进行平均，并进一步按下式计算待测水声发射换能器发送响应灵敏度级SV：SV＝20lgSV+120式中，取发送响应基准值Sr＝1V/μPa。