[發明專利]一種低頻換能器諧振點發射響應的測量方法和系統

有效

• 申請號: 202010222746.2
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111586546B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 賈廣慧;陳毅;平自紅;王世全;張軍;楊柳青
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: H04R29/00
• 分類號: H04R29/00;H04R1/44
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發明公開了一種低頻換能器諧振點發射響應的測量方法和系統，該方法及相應系統涉及自由場換能器水聲測量領域，主要用于水聲換能器發射參數的寬帶測量。本發明首先建立發射換能器與標準水聽器的線性幅度和相位響應系統，并建立信號的時間與頻率關系。對標準水聽器接收到的開路電壓信號和發射電流與電壓信號進行相位修正，得到系統的傳遞函數。根據發射換能器的響應特性，對發射換能器的頻率響應進行預估，得到預估函數s(f)，然后利用預估函數對系統傳遞函數進行多次迭代的積分平均處理，消除水池混響以及噪聲產生的影響。最終利用傳遞函數得到發射換能器的發射電流響應和發射電壓響應，實現發射換能器諧振點處發射參數的測量。

技術領域

本發明屬于水聲測量技術領域，具體涉及一種低頻換能器諧振點發射響應的測量方法和系統。

背景技術

隨著水聲技術的發展，水聲計量對保障水聲設備的性能指標以及正常使用都具有重要作用。自由場是最接近換能器、水聽器等水聲設備實際工作環境的聲場，因此，自由場校準的研究對保障水聲換能器和水聽器的研制和實際應用具有重要作用。

長期以來，發射換能器發射電流響應與發射電壓響應(可以簡稱為換能器的發射響應)是評價換能器性能最常用的技術指標。對于低頻換能器而言，為了在低頻達到較高的聲源級，通常需要其工作在諧振點附近。當換能器工作在諧振點附近時，其頻率響應通常較高，并且諧振點與附近的其他頻點的頻率響應差別較大，因此需要對低頻換能器諧振點附近及兩邊頻帶內的發射響應進行測量。

目前，低頻換能器的發射響應可以在湖泊和海洋中進行外場測量，這種外場試驗通常在開闊的水域中進行，周圍有較小的反射體，比較接近換能器實際工作的自由場環境。但是這種測量方法需要在湖上和海上建立相應配套的調放和固定裝置，人力和物力成本較高。同時，這種外場實驗在測量時通常伴隨著較大的背景噪聲，這對測量的準確度產生了較大的影響。為了方便測量，目前人們通常在實驗室中建立消聲水池，用來模擬發射換能器工作的自由場環境。消聲水池的體積有限，為了消除水池邊界和水面帶來的反射，消聲水池的五個表面及水面通常鋪設消聲尖劈，在消除反射波的同時，可以降低水池的混響。在換能器發射響應的測量中，脈沖聲技術一直是水下電聲參數測量中最為常用的技術手段，該方法通過發射有限周期的單頻脈沖信號，可以在時間上將直達信號和反射信號進行分離，以降低水池邊界反射對測量產生的影響。

對于低頻發射換能器測量而言，目前存在兩個方面的問題：1)由于受到有限水域空間的限制，無法開展換能器的低頻測量；2)在諧振點附近，由于換能器的頻率響應變化較為劇烈，若想得到發射換能器在諧振點處的頻率響應，需要對其進行逐點測量，這樣測量不僅誤差較大，而且用普通脈沖信號進行測量時，比較浪費時間。

發明內容

針對目前發射換能器低頻測量方法存在的不足，解決低頻發射換能器發射響應測量的問題，本發明提供了一種低頻換能器諧振點發射響應的測量方法和系統，能夠實現低頻換能器發射響應測量，可以在有限水域中實現低頻發射換能器諧振點附近發射參數的寬帶測量，直接得到發射換能器在整個頻段的頻率響應。同時，結合發射換能器先驗函數估計和多次迭代與積分平均方法，消除由于積分平均造成的發射換能器發射響應曲線畸變，提升低頻發射換能器發射響應測量精度。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。本發明公開了一種換能器低頻寬帶發射響應的測量方法，主要包括以下步驟：

(1)根據測量頻率范圍，利用信號發射器產生具有一定帶寬并且相互正交的線性掃頻信號F_sin和F_cos，并將該信號通過線性功率放大器進行功率放大；

(2)通過功率放大后的正交信號激勵低頻發射換能器在水下產生聲信號；

(3)寬帶靈敏度為M₀(f)的標準水聽器在水下與發射換能器位于同一深度，并且與發射換能器的距離為d₀，該標準水聽器分別接收發射換能器在水下產生的正交聲信號，并在末端輸出開路電壓信號U_s0和U_c0；