[發(fā)明專利]基于瞬態(tài)信號的水聲換能器電聲性能校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810233896.6
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108594238B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳洪娟;張虎;李智;張強(qiáng);王文芝
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 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

本發(fā)明涉及一種基于瞬態(tài)信號的水聲換能器電聲性能校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)方法包括：由信號源產(chǎn)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驅(qū)動水下發(fā)射器產(chǎn)生瞬態(tài)聲信號，建立瞬態(tài)聲場；根據(jù)試驗(yàn)水池尺寸和換能器測量頻率，通過直達(dá)波和反射波到達(dá)接收換能器時間確定水聽器與水下發(fā)射器之間最佳測試距離，按最佳測試距離放置發(fā)射換能器和接收換能器，將發(fā)射換能器和接收換能器置放在試驗(yàn)水池同一深度處；將接收換能器接收到信號經(jīng)前置放大器和測量放大器放大后，通過數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集并存儲；對采集的數(shù)據(jù)采用瞬態(tài)信號處理方法進(jìn)行處理，具有對測試空間尺寸要求不高，測試頻率下限低，以及校準(zhǔn)精度高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水聲換能器電聲性能校準(zhǔn)裝置，特別是一種基于瞬態(tài)信號的水聲換能器電聲性能校準(zhǔn)裝置及基于此裝置的校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

水聲換能器的電聲性能參數(shù)，包括水聲接收換能器和發(fā)射換能器的電阻抗參數(shù)和指向性及接收器的靈敏度、發(fā)射器的發(fā)送響應(yīng)，等。目前，國內(nèi)外對上述參數(shù)的校準(zhǔn)，通常采用自由場、混響場方法，或者聲管和耦合腔等，比如自由場的互易方法、比較方法，混響場的比較方法以及駐波管校準(zhǔn)方法和耦合腔校準(zhǔn)方法，還有靜電激勵方法、振動液注方法、激光干涉方法，等等。盡管方法眾多，但是從選用的激勵信號來講，一般就是連續(xù)信號和脈沖信號，以及噪聲信號三種。從接收信號來講，選取的一般都是穩(wěn)態(tài)信號，或者通過信號處理的方法對瞬態(tài)信號進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到修正的穩(wěn)態(tài)信號，比如聲脈沖瞬態(tài)抑制技術(shù)、信號建模技術(shù)等。

比如，(1)金曉峰，袁文俊.一種新的水聲換能器瞬態(tài)校準(zhǔn)方法.聲學(xué)學(xué)報(bào)，1996。這篇文章中是通過設(shè)計(jì)最小相位信號來補(bǔ)償換能器發(fā)射特性的起伏，從而減少接收信號的瞬態(tài)成分；(2)陳毅，袁文俊.水聲測量用聲脈沖瞬態(tài)抑制方法的理論研究.聲學(xué)與電子工程，1999。這篇文章中是利用瞬態(tài)抑制方法等效消除發(fā)射器的瞬態(tài)過程，使它在介質(zhì)中產(chǎn)生無瞬態(tài)過程的聲信號；(3)尚建華，胡其望，張明敏，王鵬.水聲測試中三種瞬態(tài)信號抑制方法的研究.中國西部聲學(xué)會議論文集，2012.這篇文章中為了實(shí)地生成水聲測試信號，由信號源產(chǎn)生特定的信號波形激勵發(fā)射換能器，使接收器接收到無瞬態(tài)過程的聲壓波形，研究了三種根據(jù)測試系統(tǒng)頻響特性設(shè)計(jì)瞬態(tài)抑制的發(fā)射信號的方法，通過計(jì)算機(jī)Matlab平臺編程控制聲卡發(fā)送及接收信號，在水池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了這幾種方法，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合理的調(diào)整各參數(shù)(發(fā)射信號長度、接收信號長度、發(fā)射及接收延遲、FFT計(jì)算的點(diǎn)數(shù)等),能取得滿意的效果。上述工作都是一個目的：降低在有限空間內(nèi)校準(zhǔn)水聲換能器的下限頻率。

因此，針對脈沖信號測試中的瞬態(tài)信號，如果直接利用，而不采取其它手段，目前尚未有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種直接利用瞬態(tài)信號來校準(zhǔn)且對測試空間尺寸要求不高的基于瞬態(tài)信號的水聲換能器電聲性能校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種基于瞬態(tài)信號的水聲換能器電聲性能校準(zhǔn)裝置，包括：測試空間及附件部分、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)以及信號處理系統(tǒng)，測試空間及附件部分包括充滿水介質(zhì)的測試水池、吊放發(fā)射換能器和接收換能器的裝置、旋轉(zhuǎn)裝置；發(fā)射系統(tǒng)包括產(chǎn)生正弦脈沖信號的信號發(fā)生器、對正弦脈沖信號進(jìn)行能量放大的功率放大器、對功率放大器和發(fā)射換能器之間信號進(jìn)行匹配的匹配電路、發(fā)射換能器；接收系統(tǒng)包括接收換能器、對接收換能器輸出進(jìn)行匹配的前置放大器、對接收信號進(jìn)行放大的測量放大器、對接收信號進(jìn)行采集、儲存的采集器；信號處理系統(tǒng)包括信號處理器和信號處理軟件；

旋轉(zhuǎn)裝置安裝在吊放發(fā)射換能器和接收換能器的裝置上，發(fā)射換能器和接收換能器安裝在旋轉(zhuǎn)裝置上并置于水介質(zhì)內(nèi)，信號發(fā)生器產(chǎn)生測試頻率的正弦脈沖信號，正弦脈沖信號經(jīng)功率放大器激勵放大，然后通過匹配電路匹配后驅(qū)動水下發(fā)射器產(chǎn)生具有不失真特征的瞬態(tài)聲信號并建立瞬態(tài)聲場；接收換能器接收到的信號經(jīng)前置放大器和測量放大器放大后，通過數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并存儲；利用信號處理器和信號處理軟件對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

本發(fā)明還包括一種利用以上基于瞬態(tài)信號的水聲換能器電聲性能校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：