[发明专利]一种用于球形聚焦集声器声场测量的光纤Fabry-Perot水听器系统

摘要

本发明公开了一种用于球形聚焦集声器声场测量的光纤Fabry‑Perot水听器系统，包括光纤Fabry‑Perot超声水听器、水听器夹具、信号处理系统、上位机、三维移动平台和平台驱动控制器，上位机与信号处理系统、平台驱动控制器相连，平台驱动控制器与三维移动平台相连，信号处理系统与光纤Fabry‑Perot超声水听器相连，光纤Fabry‑Perot超声水听器被夹持在水听器夹具上，水听器夹具安装在三维移动平台上；上位机根据反馈的i个电压变化量ΔVi确定球形聚焦集声器的声场分布，进而确定其焦域位置，在光纤Fabry‑Perot超声水听器移动到焦域位置时，将反馈的计算值ΔV带入相关公式，计算得到球形聚焦集声器声场的焦域位置的声压P。本发明能实现球形聚焦集声器声场和焦域位置的声压的准确测量。

主权项

1.一种用于球形聚焦集声器声场测量的光纤Fabry‑Perot水听器系统，包括光纤Fabry‑Perot超声水听器(1)、水听器夹具(30)、信号处理系统(40)、上位机(20)、三维移动平台(50)和平台驱动控制器(60)，上位机(20)与信号处理系统(40)、平台驱动控制器(60)相连，平台驱动控制器(60)与三维移动平台(50)相连，信号处理系统(40)与光纤Fabry‑Perot超声水听器(1)相连，光纤Fabry‑Perot超声水听器(1)被夹持在水听器夹具(30)上，光纤Fabry‑Perot超声水听器(1)的探头伸出水听器夹具，水听器夹具(30)安装在三维移动平台(50)上；其特征在于，所述上位机(20)被编程以便执行如下步骤：测量球形聚焦集声器声场时，向信号处理系统(40)发输出波长为λ₁的激光的命令，向平台驱动控制器(60)发控制三维移动平台(50)移动以带动光纤Fabry‑Perot超声水听器(1)的探头进行三维空间扫描的命令；在光纤Fabry‑Perot超声水听器(1)的探头进行三维空间扫描的过程中，从信号处理系统(40)处获取i个电压变化量ΔV_i；根据i个电压变化量ΔV_i确定球形聚焦集声器的声场分布，进而确定球形聚焦集声器声场的焦域位置；测量球形聚焦集声器声场的焦域位置的声压时，向平台驱动控制器(60)发控制三维移动平台(50)移动以带动光纤Fabry‑Perot超声水听器(1)的探头移动到焦域位置的命令，向信号处理系统(40)发输出波长为λ₁的激光的命令；从信号处理系统(40)处获取m个携带声压信息的电压变化量ΔV_m，保存为携带声压信息的电压变化量谱；将光纤Fabry‑Perot超声水听器(1)进行波长扫描获得的反射谱进行拟合，得到关于输出电压与相位的关系的拟合函数：其中，选择携带声压信息的电压变化量谱中最大的电压变化量作为计算值ΔV，并带入公式：中，计算得到光纤Fabry‑Perot超声水听器的腔长变化量ΔL；将光纤Fabry‑Perot超声水听器的腔长变化量ΔL带入公式：中，计算得到球形聚焦集声器声场的焦域位置的声压P；其中，j表示计算值ΔV的饱和次数，y₀表示直流偏值量，A表示幅值，ω表示输出干涉条纹的角频率，xc表示拟合函数的初相位，t_p表示水‑反射光纤界面的透射波声压与入射波声压之比，t_ps表示反射光纤‑石英毛细管界面的透射波声压与入射波声压之比，r₀表示石英毛细管内壁‑空气界面的声压反射系数，r_p3表示反射回石英毛细管‑除气水界面的声压反射系数，L表示光纤Fabry‑Perot超声水听器的初始腔长，L_r表示石英毛细管壁厚，σ表示石英毛细管泊松比，E表示石英毛细管的杨氏模量，k表示超声波波数，n_a表示Fabry‑Perot腔内的折射率，λ表示输出光波长，λ₁表示当前测量时输出光波长，y₀、A、ω、xc为拟合得到的参数，n_a、t_p、t_ps、L、E、r₀、r_p3、L_r、σ、k、λ₁都为在上位机(20)内设定的已知参数，j由上位机根据公式计算得到，int()表示取整运算，ΔV₀表示所述反射谱中的最大电压与工作点电压之差或者工作点电压与最小电压之差。