[發明專利]一種在非消聲水池中測量換能器陣列互輻射阻抗的方法及其系統

有效

• 申請號: 201210535235.1
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103869163A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 張學森;姬培鋒;許勇;楊軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明提出了一種在非消聲水池中測量換能器陣列互輻射阻抗的方法，其目的是應用于換能器陣列參數的測量中，在存在反射聲波的情況下測量出陣列中各換能器之間的互輻射阻抗。本發明也給出了在非消聲水池中測量換能器陣列互輻射阻抗的系統。

背景技術

理想的換能器陣列互輻射阻抗的測量應當在自由場中進行，一般來說，湖上和海上等外場試驗的環境很接近自由場。但由于外場試驗的準備工作煩瑣，現場條件復雜，實施困難，測試周期長、費用高。換能器陣列互輻射阻抗值是影響換能器陣列性能的重要因素，需要在陣列的研發過程中就要進行測量，而這樣的測量如果在外場進行，其代價過于高昂，因而在現有技術條件下，換能器陣列互輻射阻抗的測量通常在水池中完成。

消聲水池能提供類似于自由場的環境，但對于那些工作頻率不在消聲范圍之內的換能器陣列，消聲水池仍然無法提供滿意的測量環境，這種情況下的消聲水池退化為一個普通的非消聲水池。另外，消聲水池造價極為高昂，并非所有的水聲研究機構都有能力承擔，他們大多使用的是非消聲水池。因此，研究如何能夠在非消聲水池中進行換能器陣列互輻射阻抗的測量是有必要的。

發明內容

本發明的目的在于，為克服上述問題，本發明提供一種測量換能器陣列互輻射阻抗的方法和系統。

為了實現上述目的，本發明提供一種測量換能器陣列互輻射阻抗的方法，該方法能夠在非消聲水池中、水箱中或消聲器水池中測量性能及參數相似的壓電陶瓷換能器陣列中兩個換能器組成的換能器對的互輻射阻抗參數，所述的方法包含：

步驟101）測量每個換能器在空氣中的諧振頻率f_a、換能器的靜態電納值B₀和水中的諧振頻率f_w；

步驟102）在非消聲器水池中、水箱中或消聲水池中選擇Q個布放點，用于布放待測量的換能器對；

步驟103）將待測量換能器對布放于上述布放點中的某個點上，將待測換能器對中的第一換能器和第二換能器以第一換能器空氣諧振頻率和水中諧振頻率同相以及反相工作時，獲得第一換能器在各種工作情況下的電阻和電抗；

步驟104）重復上述步驟103）直至完成上述待測換能器對中第一換能器在所有Q個布放點處的電阻和電抗測量；

步驟105）依據待測換能器對在上述各點處的電阻計算待測換能器對在各點時的互輻射阻，共得到Q個互輻射阻；并依據待測換能器對在上述各點處的電抗及待測換能器對中的任意一個換能器的靜態電納值，計算待測換能器對在各點時互輻射抗，共得到Q個互輻射抗；

計算Q個互輻射阻的均值為測量得到的待測換能器對的互輻射阻，計算Q個互輻射阻抗的均值為測量得到的待測換能器對的互輻射抗，完成換能器對的互輻射阻抗的測量。

上述步驟101）進一步包含：

步驟101-1）獲取換能器陣列中各換能器在空氣中的導納曲線圖和水中的導納曲線圖；

步驟101-2）從空氣中的導納曲線圖中獲取空氣中的諧振頻率f_α和換能器的靜態電納值B₀，并從水中的導納曲線圖中獲取水中的諧振頻率f_w，其中從導納曲線圖中讀取諧振頻率方法為：查找電導曲線的最大值點，其所對應的頻率就是諧振頻率f_r，如果是空氣中的導納曲線圖，則f_r為空氣中的諧振頻率f_a；如果是水中的導納曲線圖，則f_r為取水中的諧振頻率f_w。

上述步驟102）進一步包含：

在非消聲水池中隨機選擇Q個布放點；

或

選擇陣列中的任意換能器k，計算其在水中輻射聲波的波長，為：

λ=c0fw(k)]]>

其中，c₀為水中聲波的速度；

在非消聲水池中指定一個λ×λ×λ的立方體區域，在這一立方體表面上及其內部區域內均勻取Q＝M³位置作為布放點，其中M≥4。

上述步驟103）具體包含：