一種在非消聲水池中測量換能器陣列互輻射阻抗的方法及其系統的製作方法
2023-04-23 22:04:51 1
一種在非消聲水池中測量換能器陣列互輻射阻抗的方法及其系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種測量換能器陣列互輻射阻抗的方法及系統，所述的方法包含：步驟101）測量每個換能器在空氣中的諧振頻率和水中的諧振頻率；步驟102）在非消聲器水池選擇Q個布放點，用於布放待測量的換能器對；步驟103）將待測量換能器對布放於上述布放點中的某個點上，在第一換能器和第二換能器以第一換能器空氣諧振頻率和水中諧振頻率同相以及反相工作時，獲得第一換能器在各種工作情況下的電阻和電抗；步驟104）重複上述步驟103）直至完成上述待測換能器對在所有Q個布放點處的電阻和電抗測量；步驟105）獲得待測量換能器在各點的互輻射阻和互輻射抗，共得到Q個互輻射阻及互輻射抗，計算Q個互輻射阻或抗的均值分別作為最終測量的互輻射阻或抗。
【專利說明】一種在非消聲水池中測量換能器陣列互輻射阻抗的方法及
其系統
【技術領域】
[0001]本發明提出了一種在非消聲水池中測量換能器陣列互輻射阻抗的方法，其目的是應用於換能器陣列參數的測量中，在存在反射聲波的情況下測量出陣列中各換能器之間的互輻射阻抗。本發明也給出了在非消聲水池中測量換能器陣列互輻射阻抗的系統。
【背景技術】
[0002]理想的換能器陣列互輻射阻抗的測量應當在自由場中進行，一般來說，湖上和海上等外場試驗的環境很接近自由場。但由於外場試驗的準備工作煩瑣，現場條件複雜，實施困難，測試周期長、費用高。換能器陣列互輻射阻抗值是影響換能器陣列性能的重要因素，需要在陣列的研發過程中就要進行測量，而這樣的測量如果在外場進行，其代價過於高昂，因而在現有技術條件下，換能器陣列互輻射阻抗的測量通常在水池中完成。
[0003]消聲水池能提供類似於自由場的環境，但對於那些工作頻率不在消聲範圍之內的換能器陣列，消聲水池仍然無法提供滿意的測量環境，這種情況下的消聲水池退化為一個普通的非消聲水池。另外，消聲水池造價極為高昂，並非所有的水聲研究機構都有能力承擔，他們大多使用的是非消聲水池。因此，研究如何能夠在非消聲水池中進行換能器陣列互輻射阻抗的測量是有必要的。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於，為克服上述問題，本發明提供一種測量換能器陣列互輻射阻抗的方法和系統。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供一種測量換能器陣列互輻射阻抗的方法，該方法能夠在非消聲水池中、水箱中或消聲器水池中測量性能及參數相似的壓電陶瓷換能器陣列中兩個換能器組成的換能器對的互輻射阻抗參數，所述的方法包含:
[0006]步驟101)測量每個換能器在空氣中的諧振頻率fa、換能器的靜態電納值Btl和水中的諧振頻率fw ;
[0007]步驟102)在非消聲器水池中、水箱中或消聲水池中選擇Q個布放點，用於布放待測量的換能器對；
[0008]步驟103)將待測量換能器對布放於上述布放點中的某個點上，將待測換能器對中的第一換能器和第二換能器以第一換能器空氣諧振頻率和水中諧振頻率同相以及反相工作時，獲得第一換能器在各種工作情況下的電阻和電抗；
[0009]步驟104)重複上述步驟103)直至完成上述待測換能器對中第一換能器在所有Q個布放點處的電阻和電抗測量；
[0010]步驟105)依據待測換能器對在上述各點處的電阻計算待測換能器對在各點時的互輻射阻，共得到Q個互輻射阻；並依據待測換能器對在上述各點處的電抗及待測換能器對中的任意一個換能器的靜態電納值，計算待測換能器對在各點時互輻射抗，共得到Q個互輻射抗；
[0011]計算Q個互輻射阻的均值為測量得到的待測換能器對的互輻射阻，計算Q個互輻射阻抗的均值為測量得到的待測換能器對的互輻射抗，完成換能器對的互輻射阻抗的測量。
[0012]上述步驟101)進一步包含:
[0013]步驟101-1)獲取換能器陣列中各換能器在空氣中的導納曲線圖和水中的導納曲線圖；
[0014]步驟101-2)從空氣中的導納曲線圖中獲取空氣中的諧振頻率fa和換能器的靜態電納值Btl，並從水中的導納曲線圖中獲取水中的諧振頻率fw，其中從導納曲線圖中讀取諧振頻率方法為:查找電導曲線的最大值點，其所對應的頻率就是諧振頻率f；，如果是空氣中的導納曲線圖，則f,為空氣中的諧振頻率fa;如果是水中的導納曲線圖，則f,為取水中的諧振頻率fw。
[0015]上述步驟102 )進一步包含:
[0016]在非消聲水池中隨機選擇Q個布放點；
[0017]或
[0018]選擇陣列中的任意換能器k，計算其在水中輻射聲波的波長，為:
【權利要求】
1.一種測量換能器陣列互輻射阻抗的方法，該方法能夠在非消聲水池中、水箱中或消聲器水池中測量性能及參數相似的壓電陶瓷換能器陣列中兩個換能器組成的換能器對的互輻射阻抗參數，所述的方法包含: 步驟101)測量每個換能器在空氣中的諧振頻率fa、換能器的靜態電納值Btl和水中的諧振頻率fw ; 步驟102)在非消聲器水池中、水箱中或消聲水池中選擇Q個布放點，用於布放待測量的換能器對； 步驟103 )將待測量換能器對布放於上述布放點中的某個點上，將待測換能器對中的第一換能器和第二換能器以第一換能器空氣諧振頻率和水中諧振頻率同相以及反相工作時，獲得第一換能器在各種工作情況下的電阻和電抗； 步驟104)重複上述步驟103)直至完成上述待測換能器對中的第一換能器在所有Q個布放點處的電阻和電抗測量； 步驟105)依據待測換能器對在上述各點處的電阻計算待測換能器對在各點時的互輻射阻，共得到Q個互輻射阻；並依據待測換能器對在上述各點處的電抗及待測換能器對中的任意一個換能器的靜態電納值，計算待測換能器對在各點時互輻射抗，共得到Q個互輻射抗； 計算Q個互輻射阻的均值為測量得到的待測換能器對的互輻射阻，計算Q個互輻射阻抗的均值為測量得到的待測換能器對的互輻射抗，完成換能器對的互輻射阻抗的測量。
2.根據權利要求1所述的測量換能器陣列互輻射阻抗的方法，其特徵在於，所述步驟101)進一步包含: 步驟101-1)獲取換能器陣列中各換能器在空氣中的導納曲線圖和水中的導納曲線圖； 步驟101-2)從空氣中的導納曲線圖中獲取空氣中的諧振頻率fa和換能器的靜態電納值Btl，並從水中的導納曲線圖中獲取水中的諧振頻率fw，其中從導納曲線圖中讀取諧振頻率方法為:查找電導曲線的最大值點，其所對應的頻率就是諧振頻率f；，如果是空氣中的導納曲線圖，則f；為空氣中的諧振頻率fa;如果是水中的導納曲線圖，則f；為取水中的諧振頻率4。
3.根據權利要求1所述的測量換能器陣列互輻射阻抗的方法，其特徵在於，所述步驟102)進一步包含: 在非消聲水池中隨機選擇Q個布放點； 或 選擇陣列中的任意換能器k，計算其在水中輻射聲波的波長，為:
4.根據權利要求1所述的測量換能器陣列互輻射阻抗的方法，其特徵在於，所述步驟103)具體包含:將位於布放點上的第一換能器U和第二換能器V工作的條件下，依據下述方法測量換能器第一換能器U的電阻和電抗: a)產生頻率為的信號，加載在第一換能器u和第二換能器V上，測量第一換能器u的電阻和電抗
5.根據權利要求1所述的測量換能器陣列互輻射阻抗的方法，其特徵在於，所述步驟105)採用如下公式計算第一換能器和第二換能器之間的互輻射阻和互輻射抗: 待測換能器在各點的互福射阻:
6.一種測量換能器陣列互輻射阻抗的系統，該系統能夠在非消聲水池中測量性能及參數相似的壓電陶瓷換能器陣列中兩個換能器組成的換能器對的互輻射阻抗參數，所述系統包含:換能器靜態參數測量裝置、換能器陣列互輻射阻抗測量裝置、處理裝置和布放點設置及移動裝置； 所述換能器靜態參數測量裝置，用於測量各換能器在空氣中的諧振頻率fa、換能器的靜態電納值Btl及水中的諧振頻率fw，並將側得的各參數輸入互輻射阻抗測量裝置設定信號源的頻率； 所述換能器陣列互輻射阻抗測量裝置將信號源輸出的信號分給兩個支路，其中第一支路包含依次串聯連接的:第一功率放大器、功率分析儀及第一換能器陣元；第二支路依次包含串聯連接的:移相器、第二功率放大器和第二換能器；且第一功率放大器和移相器分別與信號源輸出端相連，所述第一換能器和第二換能器為待測量的換能器對；所述信號源用於分別生成第一換能器在空氣中的諧振頻率fa及水中的諧振頻率fw;所述功率分析儀用於測定第一功率放大器驅動下的第一換能器的電阻和電抗； 所述處理裝置依據換能器陣列互輻射阻抗測量裝置測量得到的電阻和電抗計算得到待測換能器對的測量互輻射阻及測量互輻射抗； 所述布放點設定和移動裝置，用於設定Q個布放點放置待測量的換能器對，並移動待測量換能器對在布放點的位置。
7.根據權利要求6所述的測量換能器陣列互輻射阻抗的系統，其特徵在於，所述換能器靜態參數測量裝置具採用阻抗分析儀與第一換能器之間通過信號線連接，獲得第一換能器在空氣中的諧振頻率fa、換能器的靜態電納值Btl和水中的諧振頻率fw。
8.根據權利要求6所述的測量換能器陣列互輻射阻抗的系統，其特徵在於，所述處理裝置進一步包含: 存儲單元，用於存放待測換能器陣元中的第一換能器陣元在不同布放點時得到的電阻和電抗； 第一處理存儲單元，用於依據存儲單元存儲的電阻和電抗計算得到待測換能器對在各布放點上的互輻射阻及互輻射抗並進行存儲； 第二處理單元，用於依據第一處理單元存儲的各點的互輻射阻及互輻射抗得到待測量的換能器陣元對的測量互輻射阻及測量互輻射抗。`
9.根據權利要求8所述的測量換能器陣列互輻射阻抗的系統，其特徵在於，所述所述布放點設定和移動裝置: 布放點設置單元，用於選擇Q個點布放點的位置； 移動檢測單元，用於檢測完成待測換能器對在某個布放點的電阻和電抗測量； 移動單元，當移動檢測單元接側到某個布放點的測量完成時移動待測量的換能器對至Q個布放點的其餘布放點。
10.根據權利要求8所述的測量換能器陣列互輻射阻抗的系統，其特徵在於，所述第二處理單元採用如下公式計算待測量互輻射阻及測量互輻射抗: 測量互輻射阻:
【文檔編號】G01R27/02GK103869163SQ201210535235
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月12日 優先權日:2012年12月12日
【發明者】張學森, 姬培鋒, 許勇, 楊軍 申請人:中國科學院聲學研究所