专利名称：一种虚拟球形测量基阵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基阵，更具体说，它涉及一种虚拟球形测量基阵。
背景技术：
水声计量中，在常规情况下，声学传感器声学参数的测量都是在远场条件下进行的，经常需要确定由水声换能器辐射到其远场的声压。对于大尺寸换能器，尺寸有限的测量设施会使得其远场辐射的直接测量变得困难，甚至不可能实现，给常规的远场测量提出了许多难题:1、在实验室条件下的有限水域内无法满足测量所需要的远场自由场条件。2、在外场开阔水域内实施远距离测量容易受干扰影响并且定位和对准产生很大困难，严重的情况下甚至导致测量的失败。3、在大尺寸声学传感器的参数测量是很难用远场测量方法来实现。4、一些新型声学传感器所要求的声学参数测量无法用常规的远场方法解决。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种近场条件下解决大尺寸声学传感器的声学参数测量问题的虚拟球形测量基阵。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。这种虚拟球形测量基阵，包括:旋转控制结构、连接杆和半圆弧形基阵，其中旋转控制结构通过连接杆连接半圆弧形基阵。作为优选:所述半圆弧形基阵两端连线为旋转中心轴。作为优选:所述旋转控制结构和连接杆通过法兰盘相连接。
作为优选:所述半圆弧形基阵包括半圆弧形基阵架和传感器，所述传感器设于半圆弧形基阵架上。作为优选:所述传感器在半圆弧形基阵架上圆心角间隔均匀分布。本实用新型的有益效果是:作为远场测量技术补充的近场测量技术，在解决这些问题时则体现了自身的优势。近场测量基阵的概念解决了该问题，是通过使得远场辐射能够由在换能器附近进行的测量来实现的，也即在其近场实现。一个近场测量基阵是由小型传感器组成的大型阵列，基阵对于来自于位于阵列附近的大尺寸近场体积的声源起到平面波滤波器的作用，也就是说，基阵在单个特定方向上对平面波分量产生响应。最初产生的近场测量基阵是平面型的。基阵对于定向垂直于基阵的平面波分量，也就是远场声波，产生响应。本发明设计了一种虚拟球形测量基阵，有助于在近场条件下解决大尺寸声学传感器的声学参数测量问题。
图1为本实用新型结构示意图及其旋转示意图；图2为经过旋转得到的虚拟球形测量基阵示意图。附图标记说明:旋转控制结构1、法兰盘2、连接杆3、传感器4、半圆弧形基阵架5、旋转中心轴6、轨迹7。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。虽然本实用新型将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本实用新型限制在所述实施例中。相反，本实用新型将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本实用新型的范围内的替换物、改进型和等同物。如图1至图2所示，本实用新型设计了一种虚拟球形测量基阵设计，属于传感器基阵设计领域，主要应用于水声传感器的声学参数测量方面。虚拟球形测量基阵主要包含一根半圆弧形基阵和旋转控制机构1，采用单根半圆弧形基阵经过旋转合成，其两端连线即为旋转中心轴6，球心附近的区域即为被测声学传感器所处的位置，如图1所示的轨迹7就是单根半圆弧形基阵旋转轨迹的示意。在半圆弧形基阵旋转过程中的不同方位角度上，获取各小型传感器4的接收信号数据，旋转完一周后将传感器4的接收信号数据与传感器4在各旋转方位角度上的空间几何信息相结合起来，就可得到类似于球面阵列得到的结果。采用本实用新型的虚拟球形测量基阵避免了测量时必须将被测传感器放置在被测水声传感器的远场中的要求，可以通过数据处理在有限尺寸的水池中测量大尺寸水声传感器的电声参数。半圆弧形基阵和旋转控制机构I的示意图如图1所示。半圆弧形基阵由半圆弧型基阵架5和多个小型传感器4组成，半圆弧型基阵架5通过连接杆3、法兰盘2等结构与旋转控制机构I相联接固定，半圆弧形基阵的旋转由旋转控制结构来控制实现，旋转控制机构I及其与半圆弧型基阵架5的链接部分都采用通用的部件。单根半圆弧形基阵的示意图如图1所示。半圆弧形基阵由多个参数已知的小型传感器4组成，分布在半圆弧形基阵架5上，相互之间的圆心角间隔可以自由设定，可以均匀分布，或者根据需要进行特定分布。在将这些小型传感器4安装成半圆弧形基阵之前，都要对它们的接收参数和方向性进行精确测量。小型传感器4类型不受限制，可以是活塞型、圆柱型或者球型等，可以是有指向性的，也可以是无指向性的。半圆弧形基阵安装好之后，基阵中各小型传感器4面向球心方向的参数要明确标定，并与所处的空间位置信息(与顶端的圆心夹角)相对应，这是因为在接收被测传感器的发射信号时，要通过半圆弧基阵的小型传感器4接收参数来计算得到声场中的声压大小。在半圆弧型基阵在进行旋转过程中，小型传感器4的数据采集有有两种:一种是“间断采集”，半圆弧型基阵运行到一定角度后停止，再进行数据采集；另一种是“连续采集”，在半圆弧型基阵旋转运行的过程中实时采集。间断采集主要应用于IkHz以下的低频段参数测量，声波的波长较长，小型传感器4采样点之间的空间间距可以大一些，旋转角度间隔也就可以稍大一些，可以先快速运行到一定的角度位置，然后再采集数据；连续采集主要应用于IkHz以上稍高频段的声学参数测量，声波的波长稍长，要求旋转角度间隔小，那么每次小型传感器4采样点之间的空间间距就小，这时基阵旋转速度要保持低速，数据采集保持高速。旋转完一周后将传感器4的接收信号数据与传感器4在各旋转方位角度上的空间几何信息相结合起来，就可得到类似于球面阵列得到的结果。连续采集得到接收信号数据之间的旋 转角度间隔是均匀的，而间断采集得到的接收信号数据之间的旋转角度间隔可以是均匀的，也可以是不均匀的，根据使用者的需求设定。[0018]虚拟球形测量基阵示意图如图2，其传感器4基元分布在球面上，呈中心轴对称分布，中心轴垂直于赤道面，所有基元都处在经线和纬线相交点上，各经线之间存在角度间隔，各纬线也如此。在虚拟球形测量基阵的球面上越靠近极点处小型传感器4分布越密集，相反的，越靠近赤道处小型传感器分布越稀疏。在球心处放置被测水声传感器，在整个测量过程中，被测水声换能器保持信号发射，在半圆弧形基阵旋转过程中，基阵中的小型传感器接收信号，通过采集可以得到数据，最终合成虚拟球形测量基阵的接收数据。采用复数加权系数对虚拟球形测量基阵的接收数据进行处理后得到的数据就等同于在被测传感器的远场平面波声场中得到的数据，从而满足了大尺寸的被测水声传感器的测量条件，避免了必须将被测传感器放置在被测水声传感器的远场中进行测量的要求。假设半圆弧形基阵的半径为0.5m，其小型传感器基元均匀分布，相互之间的圆心角间隔为12°，那么单根半圆弧形基阵共有15个基元。半圆弧型基阵旋转过程中，采用“间断采集”方式进行数据采集，旋转方向上的经线角度间隔为12°，那么旋转过程共有30个采样角度，得到虚拟球形测量基阵共有450个基元，球半径为0.5m，各基元分布在角度间隔均匀的经线和纬线交叉位置 上。得到的接收数据是15X30的矩阵。
权利要求1.一种虚拟球形测量基阵，其特征在于:包括旋转控制结构(I)、连接杆(3)和半圆弧形基阵，其中旋转控制结构(I)通过连接杆(3)连接半圆弧形基阵。
2.根据权利要求1所述的虚拟球形测量基阵，其特征在于:所述半圆弧形基阵两端连线为旋转中心轴(6)。
3.根据权利要求1所述的虚拟球形测量基阵，其特征在于:所述旋转控制结构(I)和连接杆(3)通过法兰盘(2)相连接。
4.根据权利要求1或2所述的虚拟球形测量基阵，其特征在于:所述半圆弧形基阵包括半圆弧形基阵架(5)和传感器(4)，所述传感器(4)设于半圆弧形基阵架(5)上。
5.根据权利要求4所述的虚拟球形测量基阵，其特征在于:所述传感器(4)在半圆弧形基阵架(5)上圆心角间隔均 匀分布。
专利摘要本实用新型公开了一种虚拟球形测量基阵，包括旋转控制结构、连接杆和半圆弧形基阵，其中旋转控制结构通过连接杆连接半圆弧形基阵。本实用新型的有益效果是作为远场测量技术补充的近场测量技术，在解决这些问题时则体现了自身的优势。近场测量基阵的概念解决了该问题，是通过使得远场辐射能够由在换能器附近进行的测量来实现的，也即在其近场实现。基阵对于定向垂直于基阵的平面波分量，也就是远场声波，产生响应。本实用新型设计了一种虚拟球形测量基阵，有助于在近场条件下解决大尺寸声学传感器的声学参数测量问题。
文档编号G01H3/00GK203100886SQ20132006682
公开日2013年7月31日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者平自红, 张军 申请人:中国船舶重工集团公司第七一五研究所