声学测量32
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抗电桥等仪表，但不得使用已校准的换能器； 在二级校准中，可以使用已校准的换能器作为参考标准。
也就是说， 在一级校准中，所使用的各换能器的接收灵敏度和发送响应都是未知的， 在二级校准中，必须依赖于做参考基准的标准还能器的接收灵敏度或发送 响应值。
为此，二级校准法也叫比较校准法或相对校准法，而一级校准法称作绝对 校准法。
UX pd X
pdX d X 1
I F0
dX
M X SF0I dX
MX
Z F0 J X d X S F0I
信号源
选通门
功放
实验室测量系统 匹配电路
示波器
测放
滤波器
2 测量系统框图
JX d
d J0
F
信号源： 正弦信号--连续正弦信号、脉冲正弦信号 噪声信号—白噪声、粉红噪声
功率放大器：为了增加发射换能器的发射声级，常在信号源之后加一个功率 放大器。 为了使功率放大器与发射换能器相匹配，使它能在较宽的频带内发出足够高 的功率，功率放大器需要阻抗匹配网络。
（2） （3） （4）
MH
Z FH Z HJ Z FJ
d FH d HJ d FJ
JS
MJ
Z FJ Z HJ Z FH
d FJ d HJ d FH
JS
S FI
Z FJ Z FH Z HJ
d FJ d FH d HJ
J
1 S
SHI
Z FH Z HJ Z FJ
d FH d HJ d FJ
互易校准法的理论基础就是电声互易定理。该定理表述为：对于一个线性、 无源、可逆的电声换能器，用做接收器时的接收灵敏度与用作发射器时相应 的发送响应之比与换能器本身的结构无关。上述比值为一个常数，称为互易 常数。此常数与换能器所处的声场性质有关。
互易校准法需要三个换能器，其中至少有一个互易换能器H，另两个分别是 发射器F和接受器J，F和J只要满足线性条件。分做三次测量，分别测量每个 换能器对输入发射器的电流i和接收器的开路电压u，或其电转移阻抗，就能 获得J和H的自由场灵敏度及H和F的发送电流响应。
测量放大器：用来测量水听器开路输出电压。 为了我正确的测量和放大水听器的开路输出电压，测量放大器的输入阻抗要 大于水听器输出阻抗的100倍以上。
一级校准法
互易法
双发射器零值法 振动液柱法
活塞风法
静态法
自由场互易法 耦合腔互易法 行波管互易法 扩散场互易法
自互易法
球面波
平面波
柱面波
在水声计量中，互易校准法是最常用最典型的一级校准法。在此法中所使用 的各换能器的灵敏度值或响应值都是未知的，但是，利用电声互易原理，通 过几步测量，便可获得待校换能器的接收灵敏度或发送响应值。所以，也有 人称此法为绝对校准法。互易校准法应用最广泛的是三个换能器的球面波互 易校准法。
J
1 S
二级校准方法（比较法）
－－球面波自由场灵敏度的比较法校准
比较法校准是与标准水听器或标准声源比较的一 种相对校准方法，它用来校准测量水听器、水声 发射器或其它换能器。比较法校准同样应用在自 由场中进行。
水听器自由场灵敏度的比较法校准有两种方法： 一是与校准水听器比较，另一是与标准声源比较。
球面波自由场互易法
M0 SI
JS
——互易常数
2
J S（球） f
Z FJ
UJ IF
——换能器对的转移电阻抗[模]
由发射器和水听器组成的换能 器对，在某一频率下的转移电 阻抗[模]为水听器的开路电压 与流入发射器的电流的比值。
测量原理图
IF
F
Hale Waihona Puke Baidu
d FH
IF
F
d FJ
IH
H
d HJ
H
U FH
J
U FJ
J
U HJ
工作原理：
IF
F
d FJ
J
U FJ
Z FJ
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1（1） d FJ
电转移阻抗（模值）
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IF
F
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经过一次测量即可
（2）测量原理图～～与标准声源相比
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（2）
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（3）
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JS
（1）
此类换能器只作声接收器，用于接收各种水中信号。它的主要性能 指标是自由场电压灵敏度、指向性图、带前放水听器的等效噪声压级以 及拖曳线列阵水听器的速度灵敏度等。
3、标准换能器： 通常包括标准水听器、标准发射器和互易换能器等。其
主要性能指标是自由场电压灵敏度、电压或电流发送响应、 指向性图、电阻抗以及带前放水听器的等效噪声压级等。
4、测量用辅助换能器： 对这类换能器要求并不严格，无须进行精确校准。主要
性能指标是指向性图和阻抗，有时也需要大概给出灵敏度级 和声源级等。
灵敏度级、发送响应级、指向性图、电阻抗、 等效噪声压级、声源级、声功率级、效率等
1
水声换能器的校准可分为一级校准和二级校准两个级别： 在一级校准中，可以使用已校准的振荡器、放大器、电压表和阻
水声测量
测量条件
脉冲声技术
远场判据
水下电声性能 参数的测量
水下目标 特性测量
4、水声换能器电声性能参数的测量
不同用途、不同特性的水声换能器具有不同的电声性能参数，一 般根据使用特性的不同，水声换能器可分为四类：
1、收发合用型换能器： 此类换能器通常既作发射器，又作声接收器，它们往往在单一频率
或窄频带内工作。这类换能器主要性能指标是：自由场电压灵敏度、发 送响应、电阻抗特性、谐振频率、带宽和指向性图等。 2、水听器：
（1）测量原理图～～与标准水听器相比
IF
d0
F
IF
dX
F
发射器F
水听器J0 待校水听器JX
J0
U0
JX
UX
分别测量换能器对（F-J0）(F-JX)转移电阻抗， 即可求出待校水听器自由场灵敏度。
衰减器测量转移电阻抗
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U0 IF
U0 pd0
pd0 d0 1
IF
d0
M 0SFI d0
也就是说， 在一级校准中，所使用的各换能器的接收灵敏度和发送响应都是未知的， 在二级校准中，必须依赖于做参考基准的标准还能器的接收灵敏度或发送 响应值。
为此，二级校准法也叫比较校准法或相对校准法，而一级校准法称作绝对 校准法。
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pdX d X 1
I F0
dX
M X SF0I dX
MX
Z F0 J X d X S F0I
信号源
选通门
功放
实验室测量系统 匹配电路
示波器
测放
滤波器
2 测量系统框图
JX d
d J0
F
信号源： 正弦信号--连续正弦信号、脉冲正弦信号 噪声信号—白噪声、粉红噪声
功率放大器：为了增加发射换能器的发射声级，常在信号源之后加一个功率 放大器。 为了使功率放大器与发射换能器相匹配，使它能在较宽的频带内发出足够高 的功率，功率放大器需要阻抗匹配网络。
（2） （3） （4）
MH
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互易校准法的理论基础就是电声互易定理。该定理表述为：对于一个线性、 无源、可逆的电声换能器，用做接收器时的接收灵敏度与用作发射器时相应 的发送响应之比与换能器本身的结构无关。上述比值为一个常数，称为互易 常数。此常数与换能器所处的声场性质有关。
互易校准法需要三个换能器，其中至少有一个互易换能器H，另两个分别是 发射器F和接受器J，F和J只要满足线性条件。分做三次测量，分别测量每个 换能器对输入发射器的电流i和接收器的开路电压u，或其电转移阻抗，就能 获得J和H的自由场灵敏度及H和F的发送电流响应。
测量放大器：用来测量水听器开路输出电压。 为了我正确的测量和放大水听器的开路输出电压，测量放大器的输入阻抗要 大于水听器输出阻抗的100倍以上。
一级校准法
互易法
双发射器零值法 振动液柱法
活塞风法
静态法
自由场互易法 耦合腔互易法 行波管互易法 扩散场互易法
自互易法
球面波
平面波
柱面波
在水声计量中，互易校准法是最常用最典型的一级校准法。在此法中所使用 的各换能器的灵敏度值或响应值都是未知的，但是，利用电声互易原理，通 过几步测量，便可获得待校换能器的接收灵敏度或发送响应值。所以，也有 人称此法为绝对校准法。互易校准法应用最广泛的是三个换能器的球面波互 易校准法。
J
1 S
二级校准方法（比较法）
－－球面波自由场灵敏度的比较法校准
比较法校准是与标准水听器或标准声源比较的一 种相对校准方法，它用来校准测量水听器、水声 发射器或其它换能器。比较法校准同样应用在自 由场中进行。
水听器自由场灵敏度的比较法校准有两种方法： 一是与校准水听器比较，另一是与标准声源比较。
球面波自由场互易法
M0 SI
JS
——互易常数
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J S（球） f
Z FJ
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——换能器对的转移电阻抗[模]
由发射器和水听器组成的换能 器对，在某一频率下的转移电 阻抗[模]为水听器的开路电压 与流入发射器的电流的比值。
测量原理图
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工作原理：
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电转移阻抗（模值）
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经过一次测量即可
（2）测量原理图～～与标准声源相比
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（1）
此类换能器只作声接收器，用于接收各种水中信号。它的主要性能 指标是自由场电压灵敏度、指向性图、带前放水听器的等效噪声压级以 及拖曳线列阵水听器的速度灵敏度等。
3、标准换能器： 通常包括标准水听器、标准发射器和互易换能器等。其
主要性能指标是自由场电压灵敏度、电压或电流发送响应、 指向性图、电阻抗以及带前放水听器的等效噪声压级等。
4、测量用辅助换能器： 对这类换能器要求并不严格，无须进行精确校准。主要
性能指标是指向性图和阻抗，有时也需要大概给出灵敏度级 和声源级等。
灵敏度级、发送响应级、指向性图、电阻抗、 等效噪声压级、声源级、声功率级、效率等
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水声换能器的校准可分为一级校准和二级校准两个级别： 在一级校准中，可以使用已校准的振荡器、放大器、电压表和阻
水声测量
测量条件
脉冲声技术
远场判据
水下电声性能 参数的测量
水下目标 特性测量
4、水声换能器电声性能参数的测量
不同用途、不同特性的水声换能器具有不同的电声性能参数，一 般根据使用特性的不同，水声换能器可分为四类：
1、收发合用型换能器： 此类换能器通常既作发射器，又作声接收器，它们往往在单一频率
或窄频带内工作。这类换能器主要性能指标是：自由场电压灵敏度、发 送响应、电阻抗特性、谐振频率、带宽和指向性图等。 2、水听器：
（1）测量原理图～～与标准水听器相比
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发射器F
水听器J0 待校水听器JX
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分别测量换能器对（F-J0）(F-JX)转移电阻抗， 即可求出待校水听器自由场灵敏度。
衰减器测量转移电阻抗
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