一种利用混响水池进行水声换能器互易校准的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用混响水池进行水声换能器互易校准的方法。本发明专利技术包括：(1)根据待校准水声换能器的待校准最低频率选取相应尺寸的混响水池；(2)将任意一个无指向性声源和一个水听器组成发射接收换能器对，在消声水池内测量距离声源等效声中心1m远处开路输出电压并记录仪器发射接收参数；(3)将此发射接收换能器对放置于混响水池中，调节相同发射接收参数，采用空间平均法测量水听器开路输出电压等。采用本发明专利技术方法进行水声换能器校准，可以同时对多只水听器进行校准。减少了对实验水池的要求。在小尺寸混响水池或非消声水池，只要满足校准的频率范围即可采用此法进行校准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用混响水池进行水声换能器互易校准的方法。
技术介绍
水声计量是水声
的一个重要基础，它不但是校准、测试或者鉴定水下电声换能器所必需的，而且是间接地应用水声换能器的基础。随着水声设备类型的增多、频率范围的扩展、性能的提高等，都不断地对水声计量提出了许多新的要求。目前水声换能器校准采用的是自由场校准方法(水声换能器自由场校准方法(GB3223-82))，该标准规定了水声换能器在自由场球面波条件下的校准方法：互易法和比较法。其中明确注明标准使用的频率范围为100Hz到1MHz。这是由于实际校准环境下，无法满足无限大自由场空间条件，即保证无反射声的存在，即便是吸声条件良好的消声水池中，依然存在测量的下限频率，因而无法有效地满足低频换能器校准要求。在空气声学中采用混响室校准传声器已经得到成熟应用，由于空气与水的特性相差较大，在混响水池中借助空气声学中的校准方法无法得到有效应用。吴文虬应用扩散声场校准法在混响水槽中采用1/3带宽噪声对两只水听器灵敏度进行校准，校准结果与出厂时噪声比较法测得的灵敏度相差较大。尽管该实验采用宽带测量的办法减少了声场中简正波对声场均匀性的影响，但是却牺牲了频率特性。目前尚未见到在混响水池中利用空间平均的方法进行水声换能器校准窄带频率校准的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用混响水池进行水声换能器互易校准的方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种利用混响水池进行水声换能器互易校准的方法，包括如下步骤：(1)根据待校准水声换能器的待校准最低频率选取相应尺寸的混响水池；(2)将任意一个无指向性声源和一个水听器组成发射接收换能器对，在消声水池内测量距离声源等效声中心1m远处开路输出电压并记录仪器发射接收参数；(3)将此发射接收换能器对放置于混响水池中，调节相同发射接收参数，采用空间平均法测量水听器开路输出电压；(4)利用水听器在消声水池和混响水池测量得到的开路输出电压，计算混响水池的互易常数；(5)在混响水池中，发射换能器发射声信号，互易换能器和接收换能器接收声信号，采用空间平均法测量互易换能器和接收换能器的开路输出电压；(6)互易换能器发射声信号，接收换能器接收声信号，采用空间平均法测量互易换能器的输入电流和接收换能器的开路输出电压；(7)利用测量到的电学值，计算互易换能器和接收换能器的自由场电压灵敏度。所述的混响水池的选择，根据待校准水声换能器的待校准最低频率选取相应尺寸的混响水池；混响水池容积最小为V：式中，待校准水声换能器校准最低频率fl，水中声速c0。所述空间平均法的具体操作过程如下：(1)混响移动区域的划分；将混响水池分为两个混响移动区域：发射移动区域和接收移动区域；混响移动区范围按照如下规则划分：射移动区域与接收移动区域距离大于临界距离；临界距离为发射移动区域和接收移动区域边界之间的最小距离，其值是测试最低频率波长的2倍和混响半径的4倍中的最小值；发射移动区域和接收移动区域的区域边界与池壁和水面的距离大于测试最低频率的1/4波长；(2)空间平均法测量；将发射器和接收器分别置于两个混响移动区域内；在测试过程中，发射器和接收器采用匀速、缓慢、随机的方式移动；在一次测量时间内发射器和接收器同时在各自的混响移动区内移动，移动速度小于0.1m/s，移动的路径大于2倍波长。使用数据采集器进行所述电压的采集，采用边移动边采集的方式，即在一次测量时间内，发射器和接收器开始移动后，数据采集器开始记录采集到的电压有效值；计算电压均方根值<e>为：式中，ei为采集到的电压有效值，N为采集点数。本专利技术的有益效果在于：1、采用本专利技术方法进行水声换能器校准，可以同时对多只水听器进行校准。2、减少了对实验水池的要求。在小尺寸混响水池或非消声水池，只要满足校准的频率范围即可采用此法进行校准。3、本专利技术方法适用于任意形状的混响水池。附图说明图1为本专利技术实验操作流程图；图2为混响水池互易常数测量装置简易图；图3为混响水池中水声换能器互易校准装置连接图；图4为混响水池互易校准测量排布和步骤；图5为混响箱中混响移动区域示意图；图6为混响箱中混响移动区域俯视图；图7为混响箱的互易常数；图8为采用本专利技术方法对互易换能器校准结果与出厂时自由场互易法校准结果对比图；图9为采用本专利技术方法对接收换能器校准结果与出厂时自由场互易法校准结果对比图；图10为采用本专利技术方法校准结果标准差；图11为进行混响水池互易校准所需混响水池的最小容积。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术涉及水声换能器的混响水池互易校准方法。本专利技术包括：混响水池互易常数的测定和互易校准两个过程。在消声水池中，用任意一个无指向性的声源发射单频连续正弦信号，利用任意水听器测量出距离声源一米远处的开路输出电压ef；在混响水池中利用相同装置并设置相同的收发参数，采用空间平均的方法测量水听器的开路输出电压均方值er。利用消声水池中测得的开路电压和混响水池中测得的开路电压均方根值计算得到混响水池互易常数。在混响水池中，采用空间平均法操作要求测量发射器的输入电流和接收器的开路输出电压，进行互易法水听器校准。本方法校准结果准确，可同时对多只水听器进行校准，并适用于任意形状的混响水池。(1)根据待校准水声换能器(发射换能器或接收换能器)的待校准最低频率选取相应尺寸的混响水池。(2)将任意一个无指向性声源和一个水听器组成发射接收换能器对，在消声水池内测量距离声源等效声中心1m远处开路输出电压。并记录仪器发射接收参数。(3)将此发射接收换能器对放置于混响水池中，调节相同发射接收参数，采用空间平均法测量水听器开路输出电压。(4)利用水听器在消声水池和混响水池测量得到的开路输出电压，计算混响水池的互易常数。(5)在混响水池中，发射换能器发射声信号，互易换能器和接收换能器接收声信号，采用空间平均法测量互易换能器和接收换能器的开路输出电压。(6)互易换能器发射声信号，接收换能器接收声信号，采用空间平均法测量互易换能器的输入电流和接收换能器的开路输出电压。(7)利用测量到的电学值，计算互易换能器和接收换能器的自由场电压灵敏度。混响水池的选择。根据待校准水声换能器(发射换能器或接收换能器)的待校准最低频率选取相应尺寸的混响水池。混响水池容积最小为V：式中，待校准水声换能器校准最低频率fl，水中声速c0。测量过程中采用空间平均法进行。空间平均法的具体操作过程如下：第一步：混响移动区域的划分。将混响水池分为两个混响移动区域：发射移动区域和接收移动区域。混响移动区范围按照如下规则划分：发射移动区域与接收移动区域距离应大于临界距离。临界距离为发射移动区域和接收移动区域边界之间的最小距离，其值是测试最低频率波长的2倍和混响半径的4倍中的最小值。发射移动区域和接收移动区域的区域边界与池壁(包括池底)和水面的距离应大于测试最低频率的1/4波长。第二步：空间平均法测量。将发射器和接收器分别置于两个混响移动区域内。在测试过程中，发射器和接收器采用匀速、缓慢、随机的方式移动。在一次测量时间内发射器和接收器同时在各自的混响移动区内移动，移动速度小于0.1m/s，移动的路径应大于2倍波长，且尽量遍及各自混响移动区的所有位置，移动的随机性越强、时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用混响水池进行水声换能器互易校准的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据待校准水声换能器的待校准最低频率选取相应尺寸的混响水池；(2)将任意一个无指向性声源和一个水听器组成发射接收换能器对，在消声水池内测量距离声源等效声中心1m远处开路输出电压并记录仪器发射接收参数；(3)将此发射接收换能器对放置于混响水池中，调节相同发射接收参数，采用空间平均法测量水听器开路输出电压；(4)利用水听器在消声水池和混响水池测量得到的开路输出电压，计算混响水池的互易常数；(5)在混响水池中，发射换能器发射声信号，互易换能器和接收换能器接收声信号，采用空间平均法测量互易换能器和接收换能器的开路输出电压；(6)互易换能器发射声信号，接收换能器接收声信号，采用空间平均法测量互易换能器的输入电流和接收换能器的开路输出电压；(7)利用测量到的电学值，计算互易换能器和接收换能器的自由场电压灵敏度。

【技术特征摘要】
1.一种利用混响水池进行水声换能器互易校准的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据待校准水声换能器的待校准最低频率选取相应尺寸的混响水池；(2)将任意一个无指向性声源和一个水听器组成发射接收换能器对，在消声水池内测量距离声源等效声中心1m远处开路输出电压并记录仪器发射接收参数；(3)将此发射接收换能器对放置于混响水池中，调节相同发射接收参数，采用空间平均法测量水听器开路输出电压；(4)利用水听器在消声水池和混响水池测量得到的开路输出电压，计算混响水池的互易常数；(5)在混响水池中，发射换能器发射声信号，互易换能器和接收换能器接收声信号，采用空间平均法测量互易换能器和接收换能器的开路输出电压；(6)互易换能器发射声信号，接收换能器接收声信号，采用空间平均法测量互易换能器的输入电流和接收换能器的开路输出电压；(7)利用测量到的电学值，计算互易换能器和接收换能器的自由场电压灵敏度。2.根据权利要求1所述的一种利用混响水池进行水声换能器互易校准的方法，其特征在于：所述的混响水池的选择，根据待校准水声换能器的待校准最低频率选取相应尺寸的混响水池；混响水池容积最小为V：V=fl26πc03]]>式中，待校准水声换能器校准最低频率fl，水中声速c0。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚大晶，唐锐，李琪，刘永伟，孙俊东，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23