两列平面声波非线性相互作用实验测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及声波相互作用领域，具体涉及一种两列平面声波非线性相互作用实验测试系统及方法。本发明专利技术为解决两列声波相互作用后低频声波能量变化的实验测量问题，提出了湖上实验测量两列平面声波非线性相互作用实验测试系统及方法。本发明专利技术的平面声波非线性相互作用实验测试系统包括低频发射系统、高频发射系统、发射架、接收系统、示波器，本发明专利技术的平面声波非线性相互作用实验测试方法包括如下步骤：1、安装装置；2、单独发射低频声波，记录数据；3、单独发射高频声波，记录数据；4、同时发射高低频声波，记录数据；5、根据实验数据得到能量变化。本发明专利技术解决了两列声波相互作用后低频声波能量变化的测量问题，适用于声波能量的控制领域。

【技术实现步骤摘要】
两列平面声波非线相互作用实验测试系统及方法
本专利技术涉及一种声波相互作用实验测试装置及方法，具体涉及一种两列平面声波非线性相互作用实验测试装置及方法。
技术介绍
在上世纪70～80年代中叶，声波之间的非线性相互作用问题引起俄罗斯、美国、中国等国家声学工作者的重视，发表了一些文章，探讨了声波之间相互作用的影响因素及声波间能量转移的关系。近年，我国逐渐投入更多的人力物力深入对舰船辐射噪声控制方面开展研究工作，由于被动噪声控制方法存在一定的缺陷，所以近年来研究人员一直致力于研究主动噪声控制技术的理论和实验研究工作，不仅研究了单列声波的非线性传播特性，而且研究了两列声波在不同幅值比，不同频率比，不同初始相位差情况下的相互作用效果与低频声波的能量转移的理论情况，但研究多为理论研究和基于理想状态下的仿真研究，结果与实际情况存在出入。
技术实现思路
本专利技术为了解决两列声波相互作用后低频声波能量变化的实验测量，结果与实际情况存在出入的问题，进而提出了湖上实验测量两列平面声波非线相互作用实验测试系统及方法。本专利技术为实现上述目的采取的具体方式是：所述两列平面声波非线相互作用实验测试系统，包括低频发射系统A、高频发射系统B、发射架C、接收系统D；所述低频发射系统包括第一信号源、第一功率放大器和低频发射换能器；所述高频发射系统包括第二信号源、第二功率放大器和四个高频发射换能器；所述四个高频发射换能器构成高频发射换能器阵；所述发射架C为“井”字形支架结构；所述接收系统D包括水听器、测量放大器、信号采集器、计算机和示波器；所述高频发射换能器阵布置于发射架C的正面，低频发射换能器固定在发射架背面；所述第一信号源的输出端连接第一功率放大器的输入端，所述第一功率放大器的输出端连接低频发射换能器；所述第二信号源的输出端连接第二功率放大器的输入端，所述第二功率放大器的输出端连接每个高频发射换能器；所述水听器的输出端连接测量放大器的输入端，所述测量放大器的输出端分别连接示波器的输入端和信号采集器的输入端，所述信号采集器的输出端连接计算机，示波器的输入端还与第一信号源的输出端连接。进一步地，所述的两列平面声波非线相互作用实验测试系统，每个高频发射换能器的指向性开角为10度；所述低频发射换能器为无指向性发射换能器，形状为圆柱形。进一步地，所述的两列平面声波非线相互作用实验测试系统，所述低频发射换能器正对高频发射换能器阵中心。进一步地，所述的两列平面声波非线相互作用实验测试系统，低频发射换能器的发射面与水听器的接收面平行。两列平面声波非线相互作用实验测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、选择合适的湖面，安装放置实验测试系统；步骤2、设置低频波发射参数，单独发射低频声波，第一信号源发射出的频率为f1的低频声波经第一功率放大器和低频发射换能器后发射出，被设置在一定的测试距离上的水听器接收，存储本次实验数据；步骤3、设置高频波发射参数，单独发射高频声波，第二信号源发射出的频率为f2的高频声波经第二功率放大器和四个高频发射换能器后发射出，被设置在一定的测试距离上的水听器接收，存储本次实验数据；步骤4、保持声波发射幅值不变，同时发射高频和低频声波，第一信号源和第二信号源分别发射出频率为f1和f2的两列声波，这两列声波分别经第一功率放大器和低频发射换能器及第二功率放大器和四个高频发射换能器后发射出，被设置在与步骤3相同测试距离上的水听器接收，存储本次实验数据；步骤5、处理实验数据，做出功率谱图，从步骤2所得数据做出的功率谱图上获得频率f1处的功率谱值E1，从步骤4所得数据做出的功率谱图上获得频率f1处的功率谱值E2，记录两种情况的能量差值ΔE＝E1-E2；步骤6、保持声波的发射参数不变，改变发射架C中心到水听器的距离，重复步骤2-5，记录实验数据；步骤7、根据步骤2-6中记录的数据，得到低频声波能量随距离变化曲线。进一步地，所述两列平面声波非线相互作用实验测试方法，所述步骤1中实验测试系统布放方法为：在两侧岸上用牵引绳将大船固定在水中，低频发射换能器5与高频发射换能器固定在发射架上，间距0.2m，高频发射换能器斜向间距L为0.85m，低频发射换能器位于高频发射换能器阵的后侧，发射架固定于大船舷侧水下5m处，引导绳一端固定在船侧，另一端用铅鱼固定，用浮球将其浮在水中，水听器通过延长缆布，深度与发射架相同，放在发射架正前方。进一步地，所述两列平面声波非线相互作用实验测试方法，所述步骤2中低频发射换能器发射声波频率f1为8kHz，信号源峰峰值400mv，第一功率放大器调制40dB档。进一步地，所述两列平面声波非线相互作用实验测试方法，所述步骤中高频发射换能器发射声波频率f2为144kHz，信号源峰峰值500mv，第二功率放大器调制50dB档。进一步地，所述两列平面声波非线相互作用实验测试方法，所述步骤6中改变发射架C中心到水听器的距离，所述距离分别为：5m，10m，15m，27m，38m，45m。有益效果：本专利技术通过外场湖上实验，测量了真实环境中两列平面声波非线相互作用后，低频高强声波的能量变化，给出声波能量的控制效果，结果真实客观，能够反映实际情况，力求为主动噪声控制技术提供一定的技术参考，并可以为舰船辐射噪声主动控制提供参考。为研究声波之间非线性相互作用后的能量变化，分析了两列声波非线性相互作用后低频声波幅值的表现形式，探究了高频声波声源级、频率对声波相互作用后低频声波能量的影响，给出了不同探测距离处低频声波能量变化规律；在湖上对声波间非线性相互作用进行了实验测试，给出了不同测试距离处低频声波声能量的改变值。通过理论研究与实验测试结果分析得知，适当的控制高频声波声源级参数、频率参数和测试距离，可以在某些测试点上实现低频声波能量的降低。实验表明，在高频弱信号波的作用下，在一定的测试距离点上可实现抑制低频声波能量的作用。附图说明图1是实验测试系统连接框图；图2是本专利技术的湖上实验布放示意图；图3是高频发射换能器与低频发射换能器在发射架的位置示意图；图4是实验能量变化曲线；图5是能量改变值曲线。具体实施方式具体实施方式1：结合图1和图3说明本实施方式。本实施方式的两列平面声波非线相互作用实验测试系统，如图1所示，包括低频发射系统A、高频发射系统B、发射架C、接收系统D，所述低频发射系统包括第一信号源1、第一功率放大器3和低频发射换能器5；所述高频发射系统包括第二信号源2、第二功率放大器4和四个高频发射换能器6，所述四个高频发射换能器6构成高频发射换能器阵；所述发射架C为“井”字形支架结构；所述接收系统D包括水听器7、测量放大器8、信号采集器9、计算机10和示波器11；所述高频发射换能器阵布置于发射架C的正面，低频发射换能器5固定在发射架背面，如图3所示；所述第一信号源1的输出端连接第一功率放大器3的输入端，所述第一功率放大器3的输出端连接低频发射换能器5；所述第二信号源2的输出端连接第二功率放大器4的输入端，所述第二功率放大器4的输出端连接每个高频发射换能器6；所述水听器7的输出端连接测量放大器8的输入端，所述测量放大器8的输出端分别连接示波器11的输入端和信号采集器9的输入端，所述信号采集器9的输出端连接计算机10，示波器11的输入端还与第一信号源1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
两列平面声波非线相互作用实验测试系统，其特征在于，包括低频发射系统A、高频发射系统B、发射架C、接收系统D，所述低频发射系统包括第一信号源(1)、第一功率放大器(3)和低频发射换能器(5)；所述高频发射系统包括第二信号源(2)、第二功率放大器(4)和四个高频发射换能器(6)，所述四个高频发射换能器(6)构成高频发射换能器阵；所述发射架C为“井”字形支架结构；所述接收系统D包括水听器(7)、测量放大器(8)、信号采集器(9)、计算机(10)和示波器(11)；所述高频发射换能器阵布置于发射架C的正面，低频发射换能器(5)固定在发射架背面；所述第一信号源(1)的输出端连接第一功率放大器(3)的输入端，所述第一功率放大器(3)的输出端连接低频发射换能器5；所述第二信号源(2)的输出端连接第二功率放大器(4)的输入端，所述第二功率放大器(4)的输出端连接每个高频发射换能器(6)；所述水听器(7)的输出端连接测量放大器(8)的输入端，所述测量放大器(8)的输出端分别连接示波器(11)的输入端和信号采集器(9)的输入端，所述信号采集器(9)的输出端连接计算机(10)，示波器(11)的输入端还与第一信号源(1)的输出端连接。...

【技术特征摘要】
1.两列平面声波非线相互作用实验测试系统，其特征在于，包括低频发射系统A、高频发射系统B、发射架C、接收系统D，所述低频发射系统包括第一信号源(1)、第一功率放大器(3)和低频发射换能器(5)；所述高频发射系统包括第二信号源(2)、第二功率放大器(4)和四个高频发射换能器(6)，所述四个高频发射换能器(6)构成高频发射换能器阵；所述发射架C为“井”字形支架结构；所述接收系统D包括水听器(7)、测量放大器(8)、信号采集器(9)、计算机(10)和示波器(11)；所述高频发射换能器阵布置于发射架C的正面，低频发射换能器(5)固定在发射架背面；所述第一信号源(1)的输出端连接第一功率放大器(3)的输入端，所述第一功率放大器(3)的输出端连接低频发射换能器5；所述第二信号源(2)的输出端连接第二功率放大器(4)的输入端，所述第二功率放大器(4)的输出端连接每个高频发射换能器(6)；所述水听器(7)的输出端连接测量放大器(8)的输入端，所述测量放大器(8)的输出端分别连接示波器(11)的输入端和信号采集器(9)的输入端，所述信号采集器(9)的输出端连接计算机(10)，示波器(11)的输入端还与第一信号源(1)的输出端连接。2.根据权利要求1所述的两列平面声波非线相互作用实验测试系统，其特征在于，每个高频发射换能器(6)的指向性开角为10度；所述低频发射换能器(5)为无指向性发射换能器，形状为圆柱形。3.根据权利要求1所述的两列平面声波非线相互作用实验测试系统，其特征在于，所述低频发射换能器(5)正对高频发射换能器阵中心。4.根据权利要求1所述的两列平面声波非线相互作用实验测试系统，其特征在于，低频发射换能器(5)的发射面与水听器(7)的接收面平行。5.两列平面声波非线相互作用实验测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、选择合适的湖面，安装放置实验测试系统；步骤2、设置低频波发射参数，单独发射低频声波，第一信号源(1)发射出的频率为f1的低频声波经第一功率放大器(3)和低频发射换能器(5)后发射出，被设置在一定的测试距离上的水听器(7)接收，存储本次实验数据；步骤3、设置高频波发射参数，单独发射高频声波，第二信号源(2)发射出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰朝凤，吕收，隋雪梅，韩闯，郭小霞，康守强，侯松松，祝明，张亚，毛秀欢，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23