一种用于声学计量的消声水池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于声学计量的消声水池。该装置主要由水池体、吸声材料层、机械装置和控制系统组成。水池结构采用钢筋防水混凝土；吸声材料层采用吸声尖劈，水池内部装有带挂钩钢条，将吸声尖劈装在塑料壳体内挂在挂钩内，池底直接铺设吸声尖劈壳体，吸声材料层厚约250mm。机械装置分为自动扫描装置和安装平台，自动扫描装置用于水听器的扫描运动控制，采用龙门式四自由度直线模组结构，可实现X、Y、Z三轴的平移及绕Z轴的自动旋转，安装平台用于安装标准声源或被校准换能器、阵列。该装置主要用于水声、超声换能器及其阵列的性能测试校准，材料声性能测试及声学测试计量方法研究；有效地保证了测量精度，扩大了测量范围。

An acoustic tank for acoustic metrology

The utility model discloses an acoustic tank for acoustic metrology. The device is mainly composed of a tank body, a sound absorbing material layer, a mechanical device and a control system. The structure of the pool is reinforced waterproof concrete; the sound absorbing material layer is made of sound absorbing wedges, and the pool is equipped with hooked steel bars. The sound absorbing wedges are arranged in the plastic shell and hung in the hooks. The sound absorbing wedge shell is directly laid on the bottom of the pool, and the sound absorbing material layer is about 250mm thick. The mechanical device is divided into automatic scanning device and installation platform. The automatic scanning device is used to control the scanning motion of hydrophone. The gantry Four-Degree-of-Freedom linear module structure is adopted to realize the translation of X, Y and Z axes and the automatic rotation around Z axes. The installation platform is used to install standard sound source or calibrated transducers and arrays. The device is mainly used for the performance test and calibration of underwater acoustic, ultrasonic transducer and its array, material acoustic performance test and acoustic measurement method research, effectively ensuring the measurement accuracy and expanding the measurement range.

【技术实现步骤摘要】
一种用于声学计量的消声水池
本技术属于声场测量
，具体是一种水声测量装置。
技术介绍
超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波具有机械效应，空化效应、热效应以及其他生物化学效应。当聚焦换能器辐射量Q达到一定强度是，不仅产生热效应，还可能产生破坏性的空化效应，辐射剂量Q与声功率有关：Q＝E×t其中E为声功率，t为作用时间。升功率大小尤为重要，声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积额声能量，在聚焦超声中人们关心的是焦点出平面的声功率。声功率不能再声场中某一位置直接测得，只能通过间接地方法测量，常用的测量方法有辐射力法、激光干涉法声压法等。辐射力法这种方法出现最早，目前国内普遍使用的用来测量超声输出声功率的各种产品大多是基于这种原理开发的。它是根据超声计量学基本原理，超声信号作用于被测场中接收靶上，利用在接收靶上的力和功率的关系计算得到声功率，但是这种设备对接收靶的大小、接收靶的测量位置要求较高，而且这红设备制造成本较高。激光干涉法是通过测量辐射声源和力学参量来确定辐射声功率。测定辐射声源表面的位移振幅来确定辐射功率。但是这种方法对光学设备的要求较高，而且不同类型的发声探头测量不具有普遍性，对于一些探头还需进一步研究获得其声阻抗表达式。声压法的基础利用水听器对设备的辐射声场进行扫描获得其声压，然后通过积分获得其声功率，测量较简便。但是由于聚焦换能器的能量会聚作用，焦点出的声压较大，直接用水听器在焦点区域进行测量会对水听器造成不可修复的破坏，增加了测量成本。对于测量装置，在使用水听器对水声换能器的声场进行测量时，为保证水听器接收到的信号是通过控制装置装有水听器的机械结构在水下运动和扫描，因此，实现在声场中水听器三维运动以及保证位移精度尤为重要。技术专利CN201520242815.0涉及一种水声聚焦换能器声功率测量装置。本技术中的高精度机械运动装置包括水听器自动运动控制部分和聚焦换能器手动运动控制部分。信号发生器产生脉冲信号通过功率放大器之后激励聚焦换能器向水中辐射声波。水听器接收的信号经过前置放大后，由数字示波器进行显示。但其装置中第二运动机构由手动驱动，其精度较低，同时装置尺寸较小且没有消声层，因此可采用的超声波频率太过有限且测量精度低。声学研究和应用中需要用到声压、声强和声功率等声学量，而最基本的、使用广泛的量是声压。为了检测声场并能准确地测量声场中各点的自由场声压，需要有声压测量仪或标准水听器，因为声压测量仪通常是由标准水听器、测量放大器和滤波器组成，其关键部件是标准水听器。然而，标准水听器并不是单靠精心的设计和制作就能完成的，它还必须通过精确地校准之后才能成为一个标准水听器，因此，水听器的灵敏度校准在声学测量中占据了重要的地位。水下声学构件是水深工程中使用广泛且至关重要的水下部件，不同的应用背景对材料声学性能有特殊的要求，随着材料科学的进步，黏弹性高分子材料等高性能吸声新材料在隔声减振、吸声降噪等水声工程领域的应用日益广泛，因此，对该类材料在水声使用环境中的声学参数测量变得尤为重要。
技术实现思路
本技术专利未解决以上问题和针对现有技术的不足，提供了一种用于声学计量的消声水池。本技术提供以下技术方案：包括水池体1、吸声材料层2、自动扫描装置3、安装平台4和控制系统5。所述水池体1总长度6600mm(X轴方向)，宽度4100mm(Y轴方向)，深度3500mm(Z轴方向)，水池内长度5500mm，宽3500mm，深度3500mm，池壁厚300毫米，水池结构采用钢筋防水混凝土，抗渗等级S6。水池内部装有带挂钩钢条，将吸声尖劈装在塑料壳体内挂在挂钩内，池底直接铺设吸声尖劈壳体，便于安装与维护，所述吸声材料层2厚约250mm。自动扫描装置3和安装平台4为本装置的机械部分。控制系统5采用基于工控机的六轴伺服控制驱动系统。所述自动扫描装置3包括X方向滑轨7、Y方向滑轨8、Z方向工作面滑轨9和工作面转盘10。自动扫描装置3用于水听器的扫描运动控制，采用龙门式四自由度直线模组结构，可实现X、Y、Z三轴的平移及绕Z轴的自动旋转。所述自动扫描装置3X轴有效行程3000mm，精度0.5mm，总长3500mm，Y轴有效行程1800mm，精度0.08mm，Z轴有效行程1800mm，精度0.08mm，绕Z轴旋转有效形成360°，精度0.1°，在垂直于水平方向的YZ截面内实现1800*1800mm的水池中心局域扫描。安装平台4包括平台11、Z方向固定面滑轨12和固定面转盘13，安装平台4用于安装标准声源或被校准换能器、阵列，采用Z轴和绕Z轴旋转的两自由度模组结构，X、Y两轴方向上固定，Z轴有效行程1500mm，精度0.08mm，绕Z轴旋转范围360°，精度0.1°，Z轴末端最大负载20Kg。所述控制系统5由六轴运动控制卡、伺服驱动器及伺服电机实现位置伺服控制功能，具有较强的防电磁干扰屏蔽措施，实现对声源或被校准换能器的固定及水听器的自动扫描运动；本技术的有益效果在于：采用计算机控制高精度机械运动装置，提高测量精度，采用采用龙门式四自由度直线模组结构和转盘装置，保证了水听器工作面与材料固定面平行，是参数的测量更加精准。附图说明图1为本技术装置结构图示意图。图2为本技术自动扫描装置示意图。图3为本技术和安装平台示意图。图4为本技术水听器灵敏度校准系统框图。图中：14、换能器，15、功率放大器，16、信号发生器，17、示波器，18、滤波器，19、消声水池，20、水听器。具体实施例下面结合说明书实用内容和附图说明，来对本技术的具体实施例做进一步详细描述：信号发生器16产生脉冲信号通过功率放大器15之后激励聚焦换能器14向水中辐射声波，水听器20安装在自动扫描装置3的工作面转盘10上，水听器20接收的信号经过滤波器18后，由数字示波器17进行显示；计算机控制高精度机械运动装置进行扫描测量并通过串口通信对数字示波器的信号进行采集。进一步的，水听器的比较法测量是将一个未知灵敏度的水听器(即待测水听器)和一个已知灵敏度的水听器(即标准水听器)先后放入声场中同一位置，让它们接受同样的自由场声压，然后比较这两个水听器的开路输出电压，根据自由场电压灵敏度的定义：替换前后两场声压pf前后是相同的，则有：式中ex和es分别表示待测水听器和标准水听器的开路输出电压；Mx和Ms分别表示待测水听器和标准水听器的自由场电压灵敏度。根据(2.1)式可推得：即：20lgMx＝20lgMs+20lgex-20lges或用灵敏度(级)表示为：Mx＝Ms+20lgex-20lges(2.3)由(2.2)式或(2.3)式可知：只要测得前后放入的标准水听器和待测水听器的开路输出电压es与ex，再结合已知的标准水听器灵敏度Ms，即可求得待测水听器的自由场电压灵敏度Mx。测量步骤如下：(1)将发射换能器、标准水听器放入平面波自由场恰当的位置上，并固定好。(2)按线路图连接好仪器，接通电源。(3)调整信号源输出电压、功率放大器，将滤波器调整到合适档位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于声学计量的消声水池，包括水池体（1）、吸声材料层（2）、自动扫描装置（3）、安装平台（4）和控制系统（5），其特征在于 ：所述水池体（1）总长度6600mm（X轴方向），宽度4100mm（Y轴方向），深度3500mm（Z轴方向），水池内长度5500mm，宽3500mm，深度3500mm，池壁厚300毫米，水池结构采用钢筋防水混凝土，抗渗等级S6；水池内部装有带挂钩钢条，将吸声尖劈装在塑料壳体内挂在挂钩内，池底直接铺设吸声尖劈壳体，便于安装与维护，所述吸声材料层（2）厚约250mm；控制系统（5）采用基于工控机的六轴伺服控制驱动系统。

【技术特征摘要】
1.一种用于声学计量的消声水池，包括水池体（1）、吸声材料层（2）、自动扫描装置（3）、安装平台（4）和控制系统（5），其特征在于：所述水池体（1）总长度6600mm（X轴方向），宽度4100mm（Y轴方向），深度3500mm（Z轴方向），水池内长度5500mm，宽3500mm，深度3500mm，池壁厚300毫米，水池结构采用钢筋防水混凝土，抗渗等级S6；水池内部装有带挂钩钢条，将吸声尖劈装在塑料壳体内挂在挂钩内，池底直接铺设吸声尖劈壳体，便于安装与维护，所述吸声材料层（2）厚约250mm；控制系统（5）采用基于工控机的六轴伺服控制驱动系统。2.根据权利要求1所述的一种用于声学计量的消声水池，其特征在于：所述自动扫描装置（3）包括X方向滑轨（7）、Y方向滑轨（8）、Z方向工作面滑轨（9）和工作面转盘（10）；自动扫描装置（3）用于水听器的扫描运动控制，采用龙门式四自由度直线模组结构，可实现X、Y、Z三轴的平移及绕Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：马万里，张沫，郑慧峰，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33