[發明專利]基于瞬態信號的水聲換能器電聲性能校準裝置及校準方法

有效

• 申請號: 201810233896.6
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108594238B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 陳洪娟;張虎;李智;張強;王文芝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/08
• 分類號: G01S15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于瞬態信號的水聲換能器電聲性能校準裝置的校準方法，所述裝置包括測試空間及附件部分、發射系統、接收系統以及信號處理系統，測試空間及附件部分包括充滿水介質的測試水池、吊放發射換能器和接收換能器的裝置、旋轉裝置；發射系統包括產生正弦脈沖信號的信號發生器、對正弦脈沖信號進行能量放大的功率放大器、對功率放大器和發射換能器之間信號進行匹配的匹配電路、發射換能器；接收系統包括接收換能器、對接收換能器輸出進行匹配的前置放大器、對接收信號進行放大的測量放大器、對接收信號進行采集、儲存的采集器；信號處理系統包括信號處理器和信號處理軟件；

旋轉裝置安裝在吊放發射換能器和接收換能器的裝置上，發射換能器和接收換能器安裝在旋轉裝置上并置于水介質內，信號發生器產生測試頻率的正弦脈沖信號，正弦脈沖信號經功率放大器激勵放大，然后通過匹配電路匹配后驅動發射換能器產生具有不失真特征的瞬態聲信號并建立瞬態聲場；接收換能器接收到的信號經前置放大器和測量放大器放大后，通過數據采集器進行數據采集，并存儲；利用信號處理器和信號處理軟件對測得的數據進行處理；

基于所述裝置的校準方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：由信號發生器產生測試頻率的正弦脈沖信號，正弦脈沖信號激勵功率放大器，功率放大器放大信號通過匹配電路后驅動發射換能器產生具有不失真特征的瞬態聲信號，建立起瞬態聲場；

步驟二：根據試驗水池尺寸和換能器測量頻率，通過直達波和反射波到達接收換能器的時間來確定接收換能器與發射換能器之間的最佳測試距離，按最佳測試距離放置發射換能器和接收換能器，并將發射換能器和接收換能器置放在試驗水池同一深度處；

步驟三：將接收換能器接收到的信號經前置放大器和測量放大器放大后，通過數據采集器進行采集，并存儲；

步驟四：對采集的數據采用瞬態信號處理方法進行處理；

步驟四所述瞬態信號處理方法包括：

S1：根據發射換能器和接收換能器之間的測試距離計算聲波到達接收換能器的時間t₀，t₀滿足：其中d為發射換能器和接收換能器之間距離，c為聲波在水介質中傳播速度；

S2：確定第一反射波到達接收換能器時間滿足：其中r₁為第一個反射體到接收換能器的距離；

S3：確定截取的步驟三中采集數據信號長度Δt，Δt滿足：

S4：從Δt時間內截取1.5Q₀周的有效測試信號，Q₀為發射換能器和接收換能器組成的收發系統的理論品質因數值；

S5：根據S4獲得有效測試信號的瞬態信號幅度ξ(t)，獲得直達波的穩態部分的幅度值ξ_max，ξ(t)和ξ_max滿足：

其中，f₀是發射換能器和接收換能器組成的收發系統的諧振頻率；

S6：判斷是否滿足自由場條件，如果滿足，則根據S5獲得的瞬態信號幅度ξ(t)和直達波的穩態部分的幅度值ξ_max，通過公式(1)計算獲得收發系統的Q₀值；如果不滿足，則根據S5方法獲得的瞬態信號幅度ξ(t)計算直達波的穩態部分的幅度值ξ_max，利用ξ_max計算接收換能器和發射換能器的電聲參數，電聲參數包括發送響應、靈敏度。