第三章 水声测量.ppt

（Ⅴ）为保证声信号不发生畸变，测试设备等带宽应为 （Ⅳ）为与连续信号测量相比拟，使换能器各部分之间完成相互作用 l——沿声波传播方向上水听器的尺寸； T60——水池混响时间。 （2）脉冲周期的选择 * 要不得 第三章 水声测量 一、测量条件 二、脉冲声技术 三、实验 一、测量条件 1.基本概念 2.自由场的建立 3.测量距离的确定 1.基本概念 （1）自由场 （2）远场 （3）近场 （1）自由场 均匀各向同性的媒质中，边界影响可以不计时的声场. （2）远场 自由声场中，离声源远处瞬时声压与瞬时质点振速同相的声场。 （3）近场 自由声场中，声源附近瞬时声压与瞬时质点振速不同相的声场。 2.自由场的建立 （1）天然水域 （2）实验室 （1）天然水域自由场条件 ·水域应有足够的空间，以便从边界反射回来的干扰能用脉冲声技术、消声边界或长距离传输等方法消除； ·应有很低的噪声环境，以保证测量所需的信噪比； ·在水介质中要避免有可能引起折射和散射的任何因素，诸如流、温度梯度、海洋生物、气泡和污物等； ·要有良好的气候条件，以保证测量的顺利进行和便利； ·在高频和超声频范围测量时，水深通常小于20m；对1kHz以下的频率，水深应大于20m。 （2）实验室自由场条件： ·消声水池 ·非消声水池采用脉冲声技术 3.测量距离的确定 （1）远场判据 （2）等效声中心的确定 (1)远场判据 ① 理论推导  以活塞发射器和点接收器组成的系统为例，推导远场距离判据。 式中： ——活塞发射器表面振动幅度 ——水中声速 ——水的密度 ——活塞上面元到观察点的距离 c ——面元面积 ds r （i）远场特性 式中：a—活塞发射器半径； （ii）近场特性 a 活塞面中心点处,r=0时 圆面活塞中心点处声压 根据a与λ之间关系 可以确定可大可小。 p r b 在活塞法线上声压幅值极大极小点处 n=0,1,2··· p=max n=0,1,2··· p=0 p r 在法线上将会出现声压极大、极小值的交替分布现象 离发射面最远处声压极大值点对应于n=0 即 这表明，最后一个最大值的位置恰好是边缘声线和轴向声线程差为 的点，超过此点，活塞面上任何两个元波到达法线上点的程差都小于 ，声压幅值变为单调的减小，于是声场逐渐进入弗朗霍夫尔区。在此点附近，声压幅值变化很缓慢，类似于平面波。 接近远场区（分析近场公式） r》a 时， 若 时，即 则 c 当 很小时， 所以 若 声压幅值按照 球面波规律衰减。 ②结论 活塞发射器和点接收器组成的系统的远场距离判据为： ③经验公式 对于均匀圆形活塞换能器 代表一定误差下对相位的要求； （正弦函数用小角度代替） 代表一定误差下对幅度的要求； （二项式展开舍去高次项） 近似于圆形或方形活塞 面积/波长 最大线度尺寸 最大线度尺寸L 对于其他情况 声场误差小于0.5dB L2/λ （2）等效声中心的确定 ①问题的提出 d0 Δd d pd d0 Δd d pd Δd d pd d0 0 0` 0 0 0` 0` A/Pd A/P2 A/P1 d1 d2 d o pd——远场中某处声压； d——以参考点为起点的测量距离； Δd——参考点与实际声中心的偏差。 ②确定方法 O` Δd 二、脉冲声技术 1、原理 2、实现方法 1、原理 利用正弦填充矩形脉冲信号或不同于连续单频信号的短促脉冲信号激励发射换能器，并控制接收系统使其只在脉冲声信号从发射器直达水听器的那一段时间内接收和测量（直达信号），而在此段时间之前到达的脉冲电信号（电串漏信号）或此段时间之后到达的脉冲声信号（反射信号）将被接收系统拒绝接收，这样即可将被测有用信号与不希望的噪声信号在时域上分离开来，从而形成时间域上的自由场。 （1）电串漏信号： 电或电磁的信号，经非声学途径传播，是发射与接收系统直接 电耦合所至，可能是接地线不妥当或水听器屏蔽不好。 （2）直达信号： 经声传播时间延迟后到达，由于电子设备和换能器滤波特性，致使直达脉冲信号形状产生畸变。 （3）反射信号： 由于各种反射途径均比直达声程远，因此各种反射波均在直达声后面出现。 工作原理 ?t ?t ?t ?t ?t （I）避免边界影响 2、实现方法 （1）脉冲宽度（τ）的选择 （Ⅱ）换能器尺寸大于声波长时，避免换能器之间的反射影响 （Ⅲ）为与连续信号测量相比拟，使换能器达到稳态条件 Q——发射换能器的品质因数； fo——发射换能器的谐振频率。 * 要不得