CN217083794U - 程控式线列声基阵灵敏度测试*** - Google Patents

Abstract

一种程控式线列声基阵灵敏度测试***，包括：数字信号源；用于根据测试信号发射测试超声波的发射换能器，发射换能器包括有发射面；用于监听测试超声波的水听器，水听器设置于发射换能器的发射面一侧并与发射换能器的入水深度一致；用于接收测试超声波的待测装置，待测装置设置于发射换能器的发射面一侧并与发射换能器的入水深度一致；与水听器以及待测装置连接的信号处理***。在本实用新型由数字信号源根据指令发出数字测试信号，发射换能器能够根据数字测试信号在水下发出超声波，超声波由水听器以及待测装置接收并形成电信号由信号处理***进行测试分析。本实用新型解决了现有技术中手动测试存在的耗时耗力、严重依赖测试人员等问题。

Description

程控式线列声基阵灵敏度测试***

技术领域

本实用新型属于换能器测试技术领域，更具体地说，特别涉及一种程控式线列声基阵灵敏度测试***。

背景技术

换能器是指电能和声能相互转换的器件，在回声测深仪、多普勒计程仪等仪器中使用。将电能转换成声能的称为发射换能器，将声能转换成电能的是接收换能器。

在换能器生产中，需对换能器的性能进行检测，快速准确地完成换能器性能测试是对换能器生产的基本保障。使用传统的手工测试方法存在效率低下，严重依赖测试人员测试水平等缺陷。另外，手动测试中所需要使用到的测试设备比较多(通常情况下包含信号源、功率放大器、门***、示波器、记录仪、分析仪、前置放大器、转换开关等)，需要操作者对各设备的操作及性能都较为了解，这就对测试人员的业务能力提出了非常高的要求。在测试操作上，还需要人为地进行声场调整，接收信号调理，以及接收信号读取及数据处理(公式计算等)，测试门槛较高。

实用新型内容

(一)技术问题

综上所述，由于传统的手工测试方法存在测试数据处理繁琐，工作量大，不确定度相对较大等问题，因此，如何提供一种操作简单的换能器测试方法，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

(二)技术方案

本实用新型提供了一种程控式线列声基阵灵敏度测试***，该程控式线列声基阵灵敏度测试***包括：

用于产生测试信号的数字信号源；

设置于水下、用于根据所述测试信号发射测试超声波的发射换能器，所述发射换能器包括有发射面；

设置于水下、用于监听所述测试超声波的水听器，所述水听器设置于所述发射换能器的发射面一侧并与所述发射换能器的入水深度一致；

设置于水下、用于接收所述测试超声波的待测装置，所述待测装置设置于所述发射换能器的发射面一侧并与所述发射换能器的入水深度一致；

与所述水听器以及所述待测装置连接的信号处理***。

优选地，在本实用新型所提供的程控式线列声基阵灵敏度测试***中，还包括有消声水池，所述消声水池装载有水，用于所述发射换能器、所述水听器以及所述待测装置的下潜测试。

优选地，在本实用新型所提供的程控式线列声基阵灵敏度测试***中，所述水听器与所述发射换能器的距离小于所述待测装置与所述发射换能器的距离。

优选地，在本实用新型所提供的程控式线列声基阵灵敏度测试***中，与所述数字信号源连接有功率放大器，与所述功率放大器连接有电压电流取样器，所述发射换能器与所述电压电流取样器连接。

优选地，在本实用新型所提供的程控式线列声基阵灵敏度测试***中，所述信号处理***包括有与所述水听器以及所述待测装置连接的电子开关、与所述电子开关连接的前置放大器、与所述前置放大器连接的程控滤波器以及与所述程控滤波器连接的示波器。

优选地，在本实用新型所提供的程控式线列声基阵灵敏度测试***中，与所述前置放大器连接有电源，所述电源为直流电源。

优选地，在本实用新型所提供的程控式线列声基阵灵敏度测试***中，所述示波器为数字示波器。

优选地，在本实用新型所提供的程控式线列声基阵灵敏度测试***中，所述水听器以及所述待测装置均位于所述发射换能器的声轴上。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种程控式线列声基阵灵敏度测试***，在本实用新型中，该程控式线列声基阵灵敏度测试***包括：用于产生测试信号的数字信号源；设置于水下、用于根据测试信号发射测试超声波的发射换能器，发射换能器包括有发射面；设置于水下、用于监听测试超声波的水听器，水听器设置于发射换能器的发射面一侧并与发射换能器的入水深度一致；设置于水下、用于接收测试超声波的待测装置，待测装置设置于发射换能器的发射面一侧并与发射换能器的入水深度一致；与水听器以及待测装置连接的信号处理***。

通过上述结构设计，在本实用新型所提供的程控式线列声基阵灵敏度测试***中，由数字信号源根据指令发出数字测试信号，发射换能器能够根据数字测试信号在水下发出超声波，超声波由水听器以及待测装置接收并形成电信号由信号处理***进行测试分析。本实用新型通过对线列声基阵高频水声参数测试技术研究，使公司掌握水声控制参数测试技术，将节约其昂贵的外协测试费用，并提高公司水声检测技术。使公司全面具备声基阵生产测试能力，在水中兵器行业达到行业领先水平。提高公司后续相关产品的设计、生产制造的竞争实力。实用新型设计一种线列声基阵水声测试***，用于线列声基阵灵敏度测试。本实用新型提供的程控测试***，解决了现有技术中手动测试存在的耗时耗力、严重依赖测试人员等问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例中程控式线列声基阵灵敏度测试***的电路及结构示意简图。

在图1中，部件名称与附图标记的对应关系为：

数字信号源1、发射换能器2、发射面3、水听器4、待测装置5、

消声水池6、功率放大器7、电压电流取样器8、电子开关9、

前置放大器10、程控滤波器11、示波器12、声轴13。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

另外，在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图1，图1为本实用新型实施例中程控式线列声基阵灵敏度测试***的电路及结构示意简图。

本实用新型提供了一种程控式(程序控制方式)线列声基阵灵敏度测试***，用于实现换能器的测试。

在本实用新型中，该程控式线列声基阵灵敏度测试***包括如下组成部分：

1、用于产生测试信号的数字信号源1。

在本实用新型中，数字信号源1为一块能够根据指令生成特定数字测试信号(即测试用的电信号)的电路模块。

2、功率放大器7。

功率放大器7是一个能够对信号(上述的数字测试信号)进行放大的电路模块。功率放大器7与数字信号源1连接，能够将数字信号源1发出的数字测试信号进行放大。

3、电压电流取样器8。

电压电流取样器8为现有技术中常规的水声电压电流取样器，电压电流取样器8与功率放大器7连接，能够将放大后的数字测试信号转换成驱动信号发出。

4、发射换能器2。

发射换能器2是一种能够将电能转换成声能的装置，发射换能器2设置于水下、用于根据数字测试信号发射测试超声波。发射换能器2包括有一个发射面3，超声波由发射面3发出。

发射换能器2包括有一条声轴13，声轴13是一条垂直于发射面3并过发射面3形心的虚拟直线。

5、水听器4。

水听器4用于设置到水下，能够对发射换能器2发出的测试超声波进行监听。水听器4设置于发射换能器2的发射面3一侧并与发射换能器2的入水深度一致。

进一步地，水听器4设置在发射换能器2的声轴13上。

6、待测装置5。

在本实用新型中，待测装置5具体为换能器，待测装置5是指能够进行声-电转换的换能器。

待测装置5设置于水下、用于接收测试超声波，由发射换能器2将电能转换成声能(超声波)在水中释放，声能(超声波)由待测装置5接收并由待测装置5将声能转换成电能(也可称之为电信号，该电信号可由信号处理***接收并处理)。

待测装置5设置于发射换能器2的发射面3一侧并与发射换能器2的入水深度一致。进一步地，待测装置5设置在发射换能器2的声轴13上。再进一步地，水听器4与发射换能器2的距离小于待测装置5与发射换能器2的距离。

7、信号处理***。

与水听器4以及待测装置5连接的信号处理***。信号处理***能够对水听器4以及待测装置5所生成的信号(电信号)进行处理。

具体地，与数字信号源1连接有功率放大器7，与功率放大器7连接有电压电流取样器8，发射换能器2与电压电流取样器8连接。信号处理***包括有与水听器4以及待测装置5连接的电子开关9、与电子开关9连接的前置放大器10、与前置放大器10连接的程控滤波器11以及与程控滤波器11连接的示波器12。

其中，与前置放大器10连接有电源，电源为直流电源。

具体地，示波器12为数字示波器。

8、消声水池6。

消声水池6装载有水，用于发射换能器2、水听器4以及待测装置5的水下测试。

需要说明的是：构成本实用新型的多个组件(或者模块)均为现有技术的常规设备，例如数字信号源1、功率放大器7、电流电压取样器、发射换能器2、水听器4、前置放大器10、电子开关9、示波器12等，都为常规设备，本实用新型并没有对其结构进行改进，仅仅是应用，上述个组成部分的结构、使用、连接方式等均可以参考现有技术，本实用新型不另做说明。

本实用新型提供了一种程控式线列声基阵灵敏度测试***，该程控式线列声基阵灵敏度测试***在使用前需要进行如下设置：

1、设置脉冲信号(数字测试信号)脉冲宽度(脉冲周期)以满足发射需要最少周期数波形。

考虑到换能器的瞬态响应，脉冲信号发射一般需要8～15个周期(频率)的波形。

2、在接收侧，要合理设置各仪器端口、通道地址，合理设置滤波器通过频带，对滤波器的频带设置要考虑能量衰减带来的测试误差是否在可接受范围内，以及示波器12采样倍数与波形精度、波形分析长度等，以使得所采集数据满足测量要求。

本实用新型程控式线列声基阵灵敏度测试***的工艺过程及参数控制如下：

1、声中心确定及声场布放。

线列声基阵(发射换能器)为规则圆柱形，其几何声中心为有效声中心。置于专业容器(消声水池6)中下水浸泡半小时使换能器温度与水温平衡。将待测声基阵(待测装置5)清洗干净后固定在旋转装置(用于安装待测装置的设备)的夹具上，使发射换能器2、值更声基阵(待测装置5)以及标准水听器4的声中心位于同一深度、同一直线(声轴13)上，即把待测装置5以及标准水听器4放置在发射换能器2的声轴13上。且待测装置5的接收面正对发射换能器的发射面，间距满足远场条件。

2、***连接。

将声基阵(包括发射换能器以及待测装置)的各阵元分别与相关设备连接，并将直流稳压源接入为前置放大器10供电。确认整个***连接正确，依次打开信号发生器(数字信号源1)、电压电流取样器8、示波器12、电子开关9、功率放大器7、前置放大器10。

选择UTC23200功率放大器7，测试频段3k～70KHz，调试测试频段至于合适档位，以免过载。

3、参数控制。

关于发射换能器2参数控制，采用任意点输入频率模式，设置合理的信号源发射幅度，考虑到换能器的瞬态响应，设置脉冲宽度，发射一般需要8～15个周期的波形。

关于待测装置5的参数控制，要合理设置各仪器端口、通道地址，合理设置滤波器通过频带，对滤波器的频带设置要考虑能量衰减带来的测试误差是否在可接受范围内。一般滤波方式选取1/1OCT，可减少接收信号达到稳态响应的时间，有利于将池壁和水面的反射隔开。设置示波器12采样倍数与波形精度、波形分析长度等，以使得所采集数据满足测量要求。

4、声压灵敏度测试。

打开稳压源及测量仪器并预热。在观察模式下观察水听器4的开路电压波形，来检查参数的设置是否合适，如有电干扰、非线性失真等，应设法排除。

开始测量依次改变发射器的发射频率8K、10K、12.5K，记下每个阵元(8K、10K、12.5K等)各频率点处示波器12待测声基阵和标准水听器4的信号幅度；数据处理计算出声压灵敏度值。

通过研究摸索成套科学合理的工艺方法、从测试***环境参数、发射参数、接收参数方面对***进行优化控制，并将控制参数在测试软件中进行明确，实现了线列声基阵程控测试。提高***测试的不确定度(高频测试声压灵敏度不确定度为U：0.67dB)，保证水声参数测量的质量及可靠性。并将检测方法推广至同内产品，为公司研制及生产提供有力的保障。

本实用新型的创新点在于：对测试***进行搭建优化，实现线列声基阵程控测试。对测试过程中各参数进行优化，实现测试过程的可控。

本实用新型提供了一种程控测试方法，解决了现有技术中手动测试存在的耗时耗力、严重依赖测试人员等问题。具体地，本实用新型采用脉冲正弦信号作为信号源，经放大器放大激励发射器，形成自由声场。标准水听器4以及待测装置5接收发射器的脉冲声信号，通过电子开关的两端口送入前置放大器，放大器根据信号幅度大小选择量程放大接收信号，放大后经程控滤波器连续两次滤波，送往数字示波器读出开路电压。之后送入计算机自动算出自由场电压灵敏度及灵敏度级，并绘制成灵敏度频率响应曲线。

本实用新型提供了一种程控式线列声基阵灵敏度测试***，在本实用新型中，该程控式线列声基阵灵敏度测试***包括：用于产生测试信号的数字信号源；设置于水下、用于根据测试信号发射测试超声波的发射换能器，发射换能器包括有发射面；设置于水下、用于监听测试超声波的水听器，水听器设置于发射换能器的发射面一侧并与发射换能器的入水深度一致；设置于水下、用于接收测试超声波的待测装置，待测装置设置于发射换能器的发射面一侧并与发射换能器的入水深度一致；与水听器以及待测装置连接的信号处理***。

通过上述结构设计，在本实用新型所提供的程控式线列声基阵灵敏度测试***中，由数字信号源根据指令发出数字测试信号，发射换能器能够根据数字测试信号在水下发出超声波，超声波由水听器以及待测装置接收并形成电信号由信号处理***进行测试分析。本实用新型通过对线列声基阵高频水声参数测试技术研究，使公司掌握水声控制参数测试技术，将节约其昂贵的外协测试费用，并提高公司水声检测技术。使公司全面具备声基阵生产测试能力，在水中兵器行业达到行业领先水平。提高公司后续相关产品的设计、生产制造的竞争实力。实用新型设计一种线列声基阵水声测试***，用于线列声基阵灵敏度测试。本实用新型提供的程控测试***，解决了现有技术中手动测试存在的耗时耗力、严重依赖测试人员等问题。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (8)

1.一种程控式线列声基阵灵敏度测试***，其特征在于，包括：

用于产生测试信号的数字信号源(1)；

设置于水下、用于根据所述测试信号发射测试超声波的发射换能器(2)，所述发射换能器包括有发射面(3)；

设置于水下、用于监听所述测试超声波的水听器(4)，所述水听器设置于所述发射换能器的发射面一侧并与所述发射换能器的入水深度一致；

设置于水下、用于接收所述测试超声波的待测装置(5)，所述待测装置设置于所述发射换能器的发射面一侧并与所述发射换能器的入水深度一致；

与所述水听器以及所述待测装置连接的信号处理***。

2.根据权利要求1所述的程控式线列声基阵灵敏度测试***，其特征在于，

还包括有消声水池(6)，所述消声水池装载有水，用于所述发射换能器、所述水听器以及所述待测装置的下潜测试。

3.根据权利要求1所述的程控式线列声基阵灵敏度测试***，其特征在于，

所述水听器与所述发射换能器的距离小于所述待测装置与所述发射换能器的距离。

4.根据权利要求1所述的程控式线列声基阵灵敏度测试***，其特征在于，

与所述数字信号源连接有功率放大器(7)，与所述功率放大器连接有电压电流取样器(8)，所述发射换能器与所述电压电流取样器连接。

5.根据权利要求1所述的程控式线列声基阵灵敏度测试***，其特征在于，

所述信号处理***包括有与所述水听器以及所述待测装置连接的电子开关(9)、与所述电子开关连接的前置放大器(10)、与所述前置放大器连接的程控滤波器(11)以及与所述程控滤波器连接的示波器(12)。

6.根据权利要求5所述的程控式线列声基阵灵敏度测试***，其特征在于，

与所述前置放大器连接有电源，所述电源为直流电源。

7.根据权利要求5所述的程控式线列声基阵灵敏度测试***，其特征在于，

所述示波器为数字示波器。

8.根据权利要求1至7任一项所述的程控式线列声基阵灵敏度测试***，其特征在于，

所述水听器以及所述待测装置均位于所述发射换能器的声轴(13)上。

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