压电水听器低频灵敏度测试系统 返回列表页

一、系统概述

该系统也叫压电水听器低频灵敏度测试装置，水听器是探测水下声音信号的传感器,广泛用于水文测量,海底探测,水下生物种群监测,海洋石油勘探,船舶导航,水下作业,海JUN声纳系统等科研,生产和国防领域。对性能的测试是其研制和使用中的重要环节,尤其是低频灵敏度测试，本公司供应的压电水听器低频灵敏度测试系统完mei地解决了该问题。
二、测试方法
在一个充满液体的刚性水腔内，位于开口水腔底部的声源F在电压U的激励下，在水腔中产生均匀的声压；同时位于水腔中适当位置的待测换能器X和标准水听器P，在相同声压作用下各自产生开路电压Ux和Uo。通过电压测量装置分别测量这两个开路电压Ux和Uo，则待测换能器的声压灵敏度级可以由下式求出：Mx=20Lg（Ux/Uo）+Mo

式中：Mo——标准水听器的灵敏度级，单位为dB（基准值1V/Pa）。
密闭腔的工作频率范围是10 Hz~800 Hz，使用电动换能器来实现测量声场的产生，测量使用单频正弦波。

三、系统构成

                                                  灵敏度低频测试系统的原理框图

如图1所示，由测试腔体、信号调理器、数字采集板、控制计算机和自动测试软件组成，信号调理器通过USB接口与控制计算机相连。
信号调理器由前置放大模块、跟踪滤波模块和功率放大模块组成。数字采集板产生测量所需的频率信号,通过功率放大模块放大后作用于发射换能器，在测量腔中产生所需要的测量声场；前置放大模块接收标准水听器或待测检波器的开路输出电压信号，进行阻抗转换和放大后，通过滤波器滤波，提高测量的信噪比，最后输入数字采集板行转换，测得标准水听器和被测检波器的开路输出电压Uo和Ux，利用已知的标准水听器的灵敏度数据Mo，由公式（1）就可以求得被测水听器的灵敏度。
自动测量软件是由计算机通过USB接口控制信号发射系统和信号接收测量系统进行操作，最后由计算机打印输出测量结果。程控测量软件是采用通用的操作软件平台（Windows）和通用语言（Visual Basic）设计、编制的。为便于操作、选择和管理，软件采用主菜单和子菜单的方式（见图2）。主菜单上有文件管理、参数设置、测量选择、信号察看和帮助信息等子菜单项，多数功能具有快捷按钮。

                         图2  程控测量软件模块框架图

3.1、 测试腔

测量腔选用不锈钢材料，外径为440mm，壁厚20mm，高度400mm左右，由储水腔、测量腔体、上盖板和底座组成，测量腔体上端开口，用于标准水听器和被测换能器的安装，测量腔体用于盛放测量介质，可以是水，也可以是轻蜡油等其他液体，腔体内的环境与检波器实际工作环境相类似。底座装有发射换能器，用于产生校准所需的声场，另外还有排水孔，可以排放腔体内的测量介质；上盖板和测试腔体、测试腔体和底座用法兰盘和端面密封圈连接密封，便于安装和维护。

3.2、发射换能器

测量腔的工作频率范围是10Hz~800Hz，使用电动换能器来实现测量声场的产生。电动换能器的结构示意图如图4所示，体积比较小，可以方便地安装在校准腔底部。本装置电动换能器的工作深度只有不到0.5m水深，静水压力不大，因此，我们将电动换能器内腔中适当地加一点正压力来补偿静水压。为减小振动耦合，电动换能器和底板、底板和管壁之间都需要进行隔振处理。

3.3、标准水听器

具有特点：
1、方向性好。水听器水平无指向性，垂直平面240°范围内无指向性。
2、灵敏度高，响应平坦。
3、稳定性好、可靠性高。水听器有良好的温度、压力、时间稳定性，可靠性高，适合用作水声校准。

参数说明：

工作频率范围：10Hz～50kHz
低频接收灵敏度：－193dB（不带前置放大）
水平指向性：±1.5dB（50kHz）
垂直指向性：±2.0dB（50kHz，240°范围）
最大工作深度：500米

3.4、系统测试软件

压电水听器低频灵敏度测试系统软件的菜单分为控制子程序、仪表控制子程序、测试参数设置子程序等程序模块，各部分均采用模块化结构，以便于软件的维护。同时软件将配置错误检测程序，以便操作人员迅速查找系统故障、及时解决问题。
系统主程序流程框图如下：

四、系统测试步骤

1． 检查仪表连线，打开信号调理器和计算机，预热15分钟以上；
2． 将标准水听器和被校换能器安装到测量腔内，驱除附着的气泡；
3． 运行“测量程序”；
4． 在计算机上填写被测件的信息，并输入需要测试的频率；
5． 开始测量，同时注意观察测量过程中有无异常现象；
6． 测量结束，根据需要打印测试结果，将数据存盘；
7． 取出被校件和标准水听器，关闭测试系统。

五、注意事项

测试前应提早用清洁水充满测试水腔，并在安装水听器前将腔内气泡排除干净。用无腐蚀作用的洗涤剂清洗标准水听器和待测换能器的工作面，并在水中至少浸泡半小时，然后将其固定于测量水腔内。使用同时比较法时，待测换能器和标准水听器的声中心应尽可能位于同一水平面中。在安装过程中应避免带入气泡，执行程控测量程序，进行自动测量。