一种在非消声水池中测量换能器阵列互辐射阻抗的方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种测量换能器阵列互辐射阻抗的方法及系统，所述的方法包含：步骤101）测量每个换能器在空气中的谐振频率和水中的谐振频率；步骤102）在非消声器水池选择Q个布放点，用于布放待测量的换能器对；步骤103）将待测量换能器对布放于上述布放点中的某个点上，在第一换能器和第二换能器以第一换能器空气谐振频率和水中谐振频率同相以及反相工作时，获得第一换能器在各种工作情况下的电阻和电抗；步骤104）重复上述步骤103）直至完成上述待测换能器对在所有Q个布放点处的电阻和电抗测量；步骤105）获得待测量换能器在各点的互辐射阻和互辐射抗，共得到Q个互辐射阻及互辐射抗，计算Q个互辐射阻或抗的均值分别作为最终测量的互辐射阻或抗。
【专利说明】一种在非消声水池中测量换能器阵列互辐射阻抗的方法及
其系统
【技术领域】
[0001]本发明提出了一种在非消声水池中测量换能器阵列互辐射阻抗的方法，其目的是应用于换能器阵列参数的测量中，在存在反射声波的情况下测量出阵列中各换能器之间的互辐射阻抗。本发明也给出了在非消声水池中测量换能器阵列互辐射阻抗的系统。
【背景技术】
[0002]理想的换能器阵列互辐射阻抗的测量应当在自由场中进行，一般来说，湖上和海上等外场试验的环境很接近自由场。但由于外场试验的准备工作烦琐，现场条件复杂，实施困难，测试周期长、费用高。换能器阵列互辐射阻抗值是影响换能器阵列性能的重要因素，需要在阵列的研发过程中就要进行测量，而这样的测量如果在外场进行，其代价过于高昂，因而在现有技术条件下，换能器阵列互辐射阻抗的测量通常在水池中完成。
[0003]消声水池能提供类似于自由场的环境，但对于那些工作频率不在消声范围之内的换能器阵列，消声水池仍然无法提供满意的测量环境，这种情况下的消声水池退化为一个普通的非消声水池。另外，消声水池造价极为高昂，并非所有的水声研究机构都有能力承担，他们大多使用的是非消声水池。因此，研究如何能够在非消声水池中进行换能器阵列互辐射阻抗的测量是有必要的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，为克服上述问题，本发明提供一种测量换能器阵列互辐射阻抗的方法和系统。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种测量换能器阵列互辐射阻抗的方法，该方法能够在非消声水池中、水箱中或消声器水池中测量性能及参数相似的压电陶瓷换能器阵列中两个换能器组成的换能器对的互辐射阻抗参数，所述的方法包含:
[0006]步骤101)测量每个换能器在空气中的谐振频率fa、换能器的静态电纳值Btl和水中的谐振频率fw ;
[0007]步骤102)在非消声器水池中、水箱中或消声水池中选择Q个布放点，用于布放待测量的换能器对；
[0008]步骤103)将待测量换能器对布放于上述布放点中的某个点上，将待测换能器对中的第一换能器和第二换能器以第一换能器空气谐振频率和水中谐振频率同相以及反相工作时，获得第一换能器在各种工作情况下的电阻和电抗；
[0009]步骤104)重复上述步骤103)直至完成上述待测换能器对中第一换能器在所有Q个布放点处的电阻和电抗测量；
[0010]步骤105)依据待测换能器对在上述各点处的电阻计算待测换能器对在各点时的互辐射阻，共得到Q个互辐射阻；并依据待测换能器对在上述各点处的电抗及待测换能器对中的任意一个换能器的静态电纳值，计算待测换能器对在各点时互辐射抗，共得到Q个互辐射抗；
[0011]计算Q个互辐射阻的均值为测量得到的待测换能器对的互辐射阻，计算Q个互辐射阻抗的均值为测量得到的待测换能器对的互辐射抗，完成换能器对的互辐射阻抗的测量。
[0012]上述步骤101)进一步包含:
[0013]步骤101-1)获取换能器阵列中各换能器在空气中的导纳曲线图和水中的导纳曲线图；
[0014]步骤101-2)从空气中的导纳曲线图中获取空气中的谐振频率fa和换能器的静态电纳值Btl，并从水中的导纳曲线图中获取水中的谐振频率fw，其中从导纳曲线图中读取谐振频率方法为:查找电导曲线的最大值点，其所对应的频率就是谐振频率f；，如果是空气中的导纳曲线图，则f,为空气中的谐振频率fa;如果是水中的导纳曲线图，则f,为取水中的谐振频率fw。
[0015]上述步骤102 )进一步包含:
[0016]在非消声水池中随机选择Q个布放点；
[0017]或
[0018]选择阵列中的任意换能器k，计算其在水中辐射声波的波长，为:
【权利要求】
1.一种测量换能器阵列互辐射阻抗的方法，该方法能够在非消声水池中、水箱中或消声器水池中测量性能及参数相似的压电陶瓷换能器阵列中两个换能器组成的换能器对的互辐射阻抗参数，所述的方法包含: 步骤101)测量每个换能器在空气中的谐振频率fa、换能器的静态电纳值Btl和水中的谐振频率fw ; 步骤102)在非消声器水池中、水箱中或消声水池中选择Q个布放点，用于布放待测量的换能器对； 步骤103 )将待测量换能器对布放于上述布放点中的某个点上，将待测换能器对中的第一换能器和第二换能器以第一换能器空气谐振频率和水中谐振频率同相以及反相工作时，获得第一换能器在各种工作情况下的电阻和电抗； 步骤104)重复上述步骤103)直至完成上述待测换能器对中的第一换能器在所有Q个布放点处的电阻和电抗测量； 步骤105)依据待测换能器对在上述各点处的电阻计算待测换能器对在各点时的互辐射阻，共得到Q个互辐射阻；并依据待测换能器对在上述各点处的电抗及待测换能器对中的任意一个换能器的静态电纳值，计算待测换能器对在各点时互辐射抗，共得到Q个互辐射抗； 计算Q个互辐射阻的均值为测量得到的待测换能器对的互辐射阻，计算Q个互辐射阻抗的均值为测量得到的待测换能器对的互辐射抗，完成换能器对的互辐射阻抗的测量。
2.根据权利要求1所述的测量换能器阵列互辐射阻抗的方法，其特征在于，所述步骤101)进一步包含: 步骤101-1)获取换能器阵列中各换能器在空气中的导纳曲线图和水中的导纳曲线图； 步骤101-2)从空气中的导纳曲线图中获取空气中的谐振频率fa和换能器的静态电纳值Btl，并从水中的导纳曲线图中获取水中的谐振频率fw，其中从导纳曲线图中读取谐振频率方法为:查找电导曲线的最大值点，其所对应的频率就是谐振频率f；，如果是空气中的导纳曲线图，则f；为空气中的谐振频率fa;如果是水中的导纳曲线图，则f；为取水中的谐振频率4。
3.根据权利要求1所述的测量换能器阵列互辐射阻抗的方法，其特征在于，所述步骤102)进一步包含: 在非消声水池中随机选择Q个布放点； 或 选择阵列中的任意换能器k，计算其在水中辐射声波的波长，为:
4.根据权利要求1所述的测量换能器阵列互辐射阻抗的方法，其特征在于，所述步骤103)具体包含:将位于布放点上的第一换能器U和第二换能器V工作的条件下，依据下述方法测量换能器第一换能器U的电阻和电抗: a)产生频率为的信号，加载在第一换能器u和第二换能器V上，测量第一换能器u的电阻和电抗
5.根据权利要求1所述的测量换能器阵列互辐射阻抗的方法，其特征在于，所述步骤105)采用如下公式计算第一换能器和第二换能器之间的互辐射阻和互辐射抗: 待测换能器在各点的互福射阻:
6.一种测量换能器阵列互辐射阻抗的系统，该系统能够在非消声水池中测量性能及参数相似的压电陶瓷换能器阵列中两个换能器组成的换能器对的互辐射阻抗参数，所述系统包含:换能器静态参数测量装置、换能器阵列互辐射阻抗测量装置、处理装置和布放点设置及移动装置； 所述换能器静态参数测量装置，用于测量各换能器在空气中的谐振频率fa、换能器的静态电纳值Btl及水中的谐振频率fw，并将侧得的各参数输入互辐射阻抗测量装置设定信号源的频率； 所述换能器阵列互辐射阻抗测量装置将信号源输出的信号分给两个支路，其中第一支路包含依次串联连接的:第一功率放大器、功率分析仪及第一换能器阵元；第二支路依次包含串联连接的:移相器、第二功率放大器和第二换能器；且第一功率放大器和移相器分别与信号源输出端相连，所述第一换能器和第二换能器为待测量的换能器对；所述信号源用于分别生成第一换能器在空气中的谐振频率fa及水中的谐振频率fw;所述功率分析仪用于测定第一功率放大器驱动下的第一换能器的电阻和电抗； 所述处理装置依据换能器阵列互辐射阻抗测量装置测量得到的电阻和电抗计算得到待测换能器对的测量互辐射阻及测量互辐射抗； 所述布放点设定和移动装置，用于设定Q个布放点放置待测量的换能器对，并移动待测量换能器对在布放点的位置。
7.根据权利要求6所述的测量换能器阵列互辐射阻抗的系统，其特征在于，所述换能器静态参数测量装置具采用阻抗分析仪与第一换能器之间通过信号线连接，获得第一换能器在空气中的谐振频率fa、换能器的静态电纳值Btl和水中的谐振频率fw。
8.根据权利要求6所述的测量换能器阵列互辐射阻抗的系统，其特征在于，所述处理装置进一步包含: 存储单元，用于存放待测换能器阵元中的第一换能器阵元在不同布放点时得到的电阻和电抗； 第一处理存储单元，用于依据存储单元存储的电阻和电抗计算得到待测换能器对在各布放点上的互辐射阻及互辐射抗并进行存储； 第二处理单元，用于依据第一处理单元存储的各点的互辐射阻及互辐射抗得到待测量的换能器阵元对的测量互辐射阻及测量互辐射抗。`
9.根据权利要求8所述的测量换能器阵列互辐射阻抗的系统，其特征在于，所述所述布放点设定和移动装置: 布放点设置单元，用于选择Q个点布放点的位置； 移动检测单元，用于检测完成待测换能器对在某个布放点的电阻和电抗测量； 移动单元，当移动检测单元接侧到某个布放点的测量完成时移动待测量的换能器对至Q个布放点的其余布放点。
10.根据权利要求8所述的测量换能器阵列互辐射阻抗的系统，其特征在于，所述第二处理单元采用如下公式计算待测量互辐射阻及测量互辐射抗: 测量互辐射阻:
【文档编号】G01R27/02GK103869163SQ201210535235
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】张学森, 姬培锋, 许勇, 杨军 申请人:中国科学院声学研究所