一种分析压电式水听器等效噪声压的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水声传感器设计领域，具体涉及一种分析压电式水听器等效噪声压的 方法。
【背景技术】
[0002] 声波在水中传播能量衰减比较慢，传播距离远，可广泛应用于人类的海洋活动中。 水听器及其前放作为水声接收设备获取水声信号的最前端，相当于人的耳目，专门用来获 取外界信息，其噪声的高低对水声探测设备的整体性能有着重要的影响，目前应用最多的 水听器是压电式水听器，与之相匹配的信号调理电路一般为电压放大器。虽然我们在实际 中广泛应用压电式水听器和前放，在水声接收系统设计中一般是依靠经验来判断水听器和 前放噪声的大小，没有从理论上给出分析方法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种分析压电式水听器等效 噪声压的方法，具体应用于分析计算压电式水听器与前放调理电路的自噪声大小，利用等 效电路的方法建立了评估压电式水听器及其前放噪声的分析模型，为优化水声接收系统的 噪声提供了一种便捷的方法。
[0004] 本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种分析压电式水听器等效噪声压 的方法，该方法将压电水听器等效成一个电容和电阻串联的电路，通过电压式前放将压电 水听器输出的电压信号放大到一定量值内，且以电压形式输出；分析计算压电式水听器和 电压型前放构成的水声接收传感器的等效噪声压，最终的噪声是以声压噪声的形式表现出 来。
[0005] 所述的压电式水听器包括压电陶瓷水听器和压电薄膜水听器以压电原理为工作 机理的水听器，输出端呈现电容性。
[0006] 该方法步骤如下：
[0007] (1)、首先建立水听器与前放相连之后的等效电路，将水听器视作一个电容CH与一 个电阻RH串联的形式，es表示压电元件产生的信号，前放的放大倍数为A，RiS前放输入阻， 阻值为R的电阻产生的噪声功率谱可表示为：
[0008] =4kTR (1)
[0009] 式中：k--玻尔兹曼常数，等于1. 38X10_23J/K;
[0010] T--绝对温度，K;
[0011] R--电阻，Q;
[0012] (2)、在电路中添加电压噪声源和电流噪声源，得到水听器与前放相连的噪声分析 模型，eH表示由RH产生的热噪声，RH是一个与压电陶瓷材料的损耗因子tanS有关的量，且 大小与频率有关：
[0013]
【主权项】
1. 一种分析压电式水听器等效噪声压的方法，其特征在于：该方法将压电水听器等效 成一个电容和电阻串联的电路，通过电压式前放将压电水听器输出的电压信号放大到一定 量值内，且以电压形式输出；分析计算压电式水听器和电压型前放构成的水声接收传感器 的等效噪声压，最终的噪声是以声压噪声的形式表现出来。
2. 根据权利要求1所述的分析压电式水听器等效噪声压的方法，其特征在于：所述的 压电式水听器包括压电陶瓷水听器和压电薄膜水听器以压电原理为工作机理的水听器，输 出端呈现电容性。
3. 根据权利要求1所述的分析压电式水听器等效噪声压的方法，其特征在于：该方法 步骤如下： (1) 、首先建立水听器与前放相连之后的等效电路，将水听器视作一个电容(^与一个电 阻&串联的形式，es表示压电元件产生的信号，前放的放大倍数为A，L为前放输入阻，阻 值为R的电阻产生的噪声功率谱可表示为：
式中：k--玻尔兹曼常数，等于1. 38X1(T23J/K; T--绝对温度，K; R--电阻，Q; (2) 、在电路中添加电压噪声源和电流噪声源，得到水听器与前放相连的噪声分析模 型，eH表示由RH产生的热噪声，RH是一个与压电陶瓷材料的损耗因子tanS有关的量，且大 小与频率有关：
代入（1)计算得到水听器热噪声功率谱密度可表示为：
eKi为前放输入电阻Ri产生的热噪声，其噪声功率谱密度可表示为：
eA为前放等效输入电压噪声，iA为前放等效输入电流噪声，对于同一种前放这两个量 是已知的； (3) 、分别计算噪声源eH、eKi、％和iA在前放输出端V。上产生的电压噪声：
以上式中的《CH表示水听器的容抗，用噪声功率叠加计算总的输出噪声：
(9)式中的％即为无声压、噪声和其他干扰时水听器输出的电压噪声，若无前放时水听 器的灵敏度为凡，计算得到该水听器的等效噪声压匕为：
其中， CH 水听器的电容量； tan8一一压电陶瓷材料的介电损耗因子； M〇 水听器无前放时的灵敏度； Ri--前放的输入阻； eA一一前放等效输入电压噪声谱密度；iA一一前放等效输入电流噪声谱密度。
【专利摘要】本发明涉及一种分析压电式水听器等效噪声压的方法，该方法将压电水听器等效成一个电容和电阻串联的电路，通过电压式前放将压电水听器输出的电压信号放大到一定量值内，且以电压形式输出；分析计算压电式水听器和电压型前放构成的水声接收传感器的等效噪声压，最终的噪声是以声压噪声的形式表现出来。本发明的有益效果为：该方法将水听器等效为电路元件，建立了计算水听器和前置放大器构成的水声接收系统等效噪声压的模型，利用该模型可以计算出接收系统的等效噪声压。该方法可以为低噪声水听器设计，水听器的前置放大器设计提供理论指导。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104573346
【申请号】CN201410829059
【发明人】郭西洋, 蔡郭栋, 李小英, 陈毅
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一五研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月26日