水声换能器与基阵的测量
水声阵列基础实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解水声阵列的基本原理和组成。
2. 掌握水声阵列的布设方法和数据采集技巧。
3. 学习水声信号的接收、处理和分析方法。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理水声阵列是一种利用水声波进行信息传输和探测的设备。
它由多个水声换能器（接收器和发射器）组成，通过合理布设和信号处理，可以实现对水下目标的探测、定位和通信。
三、实验仪器与设备1. 水声换能器：发射器和接收器。
2. 水声信号处理器：用于信号接收、处理和分析。
3. 实验水池：用于模拟水下环境。
4. 数据采集设备：用于记录实验数据。
四、实验步骤1. 水声阵列布设a. 根据实验需求，确定阵列的形状和尺寸。
b. 将水声换能器按照设计要求布设在水池中。
c. 确保所有换能器之间的距离和角度符合实验要求。
2. 信号发射与接收a. 使用发射器向水池中发射水声信号。
b. 使用接收器接收水声信号。
c. 记录接收到的信号数据。
3. 信号处理与分析a. 对接收到的信号进行滤波、放大等预处理。
b. 使用相关分析方法计算信号之间的时间差和强度差。
c. 根据时间差和强度差计算目标的距离和方位。
4. 实验结果分析a. 分析实验数据，验证水声阵列的探测性能。
b. 对实验结果进行总结和讨论。
五、实验结果与讨论1. 实验结果通过实验，成功布设了水声阵列，并接收到了水声信号。
通过信号处理和分析，得到了目标的距离和方位信息。
2. 讨论a. 实验结果表明，水声阵列可以有效探测水下目标。
b. 实验过程中，信号噪声对探测结果有一定影响。
c. 需要进一步优化水声阵列的布设和信号处理方法，以提高探测精度。
六、实验总结1. 通过本次实验，掌握了水声阵列的基本原理和实验方法。
2. 学会了水声信号的接收、处理和分析技巧。
3. 提高了实验操作能力和数据分析能力。
七、参考文献[1] 张三，李四. 水声阵列技术[M]. 北京：科学出版社，2018.[2] 王五，赵六. 水声信号处理与应用[M]. 北京：国防工业出版社，2019.[3] 李七，刘八. 水声探测技术[M]. 北京：电子工业出版社，2020.第2篇一、实验目的1. 理解水声阵列的基本原理和组成。
水声换能器及基阵 - 绪论
利用低声速、大应变功能材料：Terfenol-D
Material properties
Terfenol-D
Young's modulus（GPa）
30
Maximum strain（106 ）
1500-2000
Energy Density（ J / m3 ）
14000-25000
Wave speed（m/s）
能量所携带的信息（频率、幅度、相位等）重现.
Input electric signal
Output acoustic signal
Vice versa! Transducer is reciprocal.
水声换能器
Projector/transducer/transmitter (Electric signal → Acoustic signal)
ka 1
High power
Broadband
如何解决这些矛盾？从增加振动位移、辐射阻上入手
利用弯张换能器的位移放大效应
Displacement amplification effect of flextensional transducer
lever
压电堆在长轴方向上的振动位移，通过杠杆效应，在椭圆壳短轴方向放大了数倍
Inverse piezoelectric effect
������ = ������������3
������������3 = ������
1 2
������������������
2
=
������������
Voltage→electric field→strain→displacement→vibration in water→sound radiation
声学测量指导书
声学测量实验指导书陈洪娟哈尔滨工程大学水声工程学院2005.4.16第1部分必做实验实验1 声学测量仪器设备认知实验一、实验目的通过本实验掌握声学常用测量仪器的使用方法，并了解声学测量实验应该满足的条件要求和实验室进行实验时的注意事项。
二、实验内容与要求：1、内容单台演示各测量仪器的功能，并连接成测量系统演示水声信号。
2、要求教师操作并讲解，学生提问并试操作。
实验2 水听器自由场电压灵敏度校准一、实验目的通过本实验掌握水听器灵敏度的比较校准方法，并熟悉有关测量仪器的使用。
二、实验原理与方法1．水听器的灵敏度水听器就是水声接收换能器，它是把水下声信号转换为电信号的换能器。
水听器的灵敏度就是水听器的接收灵敏度，通常是指开路电压灵敏度，可分为自由场灵敏度和声压灵敏度。
（1）自由场[电压]灵敏度M在平面波自由声场中，水听器输出端的开路电压oc e 与在声场中引入水听器前存在于水听器声中心位置处的自由场声压f p 的比值，称为水听器的自由场电压灵敏度。
符号为M ，单位是伏每帕V/Pa ，以数学式表示为：f ocp e M = （1）自由场电压灵敏度是相对于平面行波而言的。
如果水听器是无指向性的，则不论平面波从哪个方向传来，灵敏度都是相等的。
如果水听器是有指向性的，则灵敏度随平面波入射方向而变。
因此，在水听器上必须标明正对平面波的入射方向、频率和输出端。
自由场灵敏度M 与其基准值r M 之比值的以10为底的对数乘以20，称为自由场[电压]灵敏度级，符号为M 、单位是分贝，以数学式表示为：M )/lg(20r M M = （2）自由场灵敏度级的基准值r M 为1V/μPa 。
（2）声压灵敏度水听器输出端的开路电压与作用于水听器接收面上的实际声压的比值称为水听器的声压灵敏度，符号为p M 。
当用分贝表示时，称声压灵敏度级，符号为p M 。
如果水听器的最大线性尺寸远小于水中波长，且水听器的机械阻抗远大于水听器在水中的辐射阻抗，则其声压灵敏度[级]等于自由场电压灵敏度[级]。
水下声基阵信号处理
水声定位技术与发展趋势综述1 引言地球表面积的71%是海洋，海洋里蕴藏着丰富的生物和矿物质资源，是人类今后生存和发展的第二个空间。
而水下探测设备则是人类开发海洋的重要帮手，更是海军和民用航海事业不可缺少的组成部分。
水声定位系统由水下声标、船上的声学接收、发射设备组成的定位系统，是水下探测设备的重要组成部分，研究水声定位技术意义重大。
2 水声定位技术迄今为止，水下目标定位跟踪的主要手段仍是依赖于几何原理的水声学定位方法。
通常用声基线的距离或激发的声学单元的距离来对声学定位系统进行分类。
水声定位系统，根据所实施的原理和测量手段不同，又可分为“方位--方位”、“方位--距离”和“距离--距离”三种测量系统。
大部分的长基线、短基线系统都属于后者。
距离测量水声定位系统是通过测量水下声源所辐射的声信号从发射到接收所经历的时间及声速来确定声源到各接收点的距离，从而实现对目标进行定位的。
根据接收基阵的基线可以将水声定位技术分为三类：长基线(LongBase-Line)、短基线(Short Base-Line)、超短基线(Ultra Short Base-Line)，另外还有一种组合定位系统，下面作详细介绍。
2.1超短基线定位系统(SSBL／USBL)超短基线定位系统(SSBL／USBL)的声基阵由集中安装在一个收发器中的所有声单元 (t>3)组成。
声单元之间的相互位置精确测定，组成声基阵坐标系，声基阵坐标系与船的坐标系之间的关系要在安装时精确测定。
包括位置和姿态(声基阵的安装偏差角度：横摇、纵摇和水平旋转)。
系统通过测定声单元的相位差来确定换能器到目标的方位(垂直和水平角度)。
换能器与目标的距离通过测定声波传播的时间，再用声速剖面修正波束线确定距离。
超短基线定位系统的示意图见图1。
图1 超短基线定位不意图超短基线定位系统的优点是整个系统的构成简单，操作方便，不需要组建水下基线阵，测距精度高。
超短基线定位系统的缺点是需要做大量的校准工作。
水声换能器与基阵的测量
水声换能器与基阵的测量1. 阻抗水声换能器的阻抗通常是指在水声换能器电端测得的电阻抗，具体是指在某一固定频率下加到换能器输入端的瞬时电压与流入换能器的瞬时电流的复数比，单位为欧姆，用符号Z表示。
水声换能器的电导纳则是电阻抗的倒数，即指在某一固定频率下流入换能器的瞬时电流与加到换能器输入端的瞬时电压的复数比，单位为西门子，用符号Y表示。
利用阻抗分析仪可直接测出换能器在串联模式下的电阻抗和并联模式下的电导纳，但该方法通常只用于换能器在小信号状态下的阻抗或导纳测量。
2. 发送响应及声源级水声发射换能器的发送响应按参考电学量的不同分为发送电压响应、发送电流响应和发送功率响应。
在水下电声测量中，人们通常习惯用分贝来表示某一参量在某一空间点、某一时刻的幅度，相对于一个参考幅度的大小，即所谓级的概念，如声压级、声源级、发送电压响应级、发送电流响应级和发送功率响应级等等。
（1）发送电压响应换能器发送电压响应是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m处的表观声压与加到换能器输入端的电压之比。
（2）发送电流响应换能器发送电流响应是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m处的表观声压与流入换能器的电流之比。
（3）发送功率响应换能器发送功率响应是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m处的表观声压的平方与输入换能器的电功率之比。
（4）声源级发射换能器的发射声源级是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m处的表观声压级。
3. 指向性指向性是指换能器的发送响应或自由场灵敏度随发送或入射声波方向变化的特性，一般用指向性图、指向性因数和指向性指数来表示。
指向性是一个方向的函数，通常用D(θ,φ)来表示，其中φ是水平角，θ是垂直角。
因此指向性图是个空间立体图，而且它又是频率的函数，所以指向性图通常要标明测量的频率和测量平面。
在实际测量中，指向性图是二维的，通常是指水平指向性图或垂直指向性图。
如果换能器是互易的，则它的发射指向性图和接收指向性图是相同的，但在高功率状态下，由于非线性的影响，发射指向性图和接收指向性图稍有差异。
(完整版)水声换能器的基础知识
水声换能器基础知识地球表面积的71%是海洋，海洋里蕴藏着丰富的生物和矿物质资源，是人类今后生存和发展的第二个空间。
而声纳这一水下探测设备则是人类开发海洋的重要帮手，更是海军和民用航海事业不可缺少的组成部分。
声纳设备的功能，就是收听水下有用信号并把它转变为电信号以供视听；或者自身产生一个电信号再转变为声信号在水介质中传播，遇到目标后反射回来再进行接收，转变为电信号供收听或观察，由此来判断被测物体的方位和距离。
在这个水下电声信号的转换过程中，关键设备就是水声换能器或是换能器阵。
1. 水声换能器的应用目前，水声换能器已经普遍地应用到工业、农业、国防、交通和医疗等许多领域。
这里仅介绍几种在水下探测方面的应用：（1）在测深方面的应用：为保证航行安全，无论是军舰或是民船都要安装测深声纳；专门的航道检测船只都配备精度高、功能齐全的测深仪。
根据测深深度的不同，测深换能器的频率和功率也相差甚远。
以频率范围在10kHz~200kHz的较多，功率从数瓦到数十千瓦不等，其中，高频小功率用于内河或浅海，低频大功率用于远洋、大深度。
对这类换能器的要求是波束稳定、主波束尖锐。
（2）在定位和测距方面的应用：测量航船对地的航行速度，大多采用多普勒声纳，利用四个性能相同的换能器分别排列与龙骨相垂直的左右舷方向上。
一般工作频率在100kHz~500kHz。
（3）在海洋考察和海底地层勘探方面的应用：海底地质调查主要采用低频大孔径声纳。
拖曳式声纳是当今装在活动载体上最大尺寸的声学基阵，作用距离也最远。
水中成像方面，通常采用高频旁视声纳，在船底左右舷对称地沿龙骨平行方向装两个直线基阵，各自向海底发射扇形指向性声束，然后接收来自海底的反射波，由于海底凹凸不平反射波强度有别，在显示图像上就会出现亮度不同的图像，因为工作频率较高，声信号衰减较快，作用距离不远，现在试验的频率范围为数十千赫到500千赫。
2. 水声换能器的分类换能器按照不同的机电能量转换原理可以分为电动式、电磁式、磁致伸缩式、静电式、压电式和电致伸缩式等。
水声定位
各个水听器测的与目标的斜距为：
长基线水声定位系统
目标与原点的斜距为：
将式中
展开得：
从而得到：
ri
消去
r
可得方程：
用矩阵可写作：
其中，
但矩阵A奇异，因此方程有多个解，得不到唯一解。考虑再增加一个水听器， 并测得它与目标的斜距 r4，可得另一个方程：
消去
r 得：
用上式代替矩阵方程第三行，则矩阵A非奇异，方程组可得到唯一解。 但当水听器都位于同一水平面，且 仍然是奇异矩阵，可用三个水听器得测量值以及 已知时 ，矩阵A 联立，得方程组：
在海底布设由T1，T2，T3组成的水听 器接收基阵，在直角坐标系坐标分别为
T1 (x1, y1,z1), T2 (x 2 , y2 ,z2 ), T3 (x3 , y3 ,z3 ) ，水听器位置
校准后，则假定坐标为已知量。 各个水听器到原点的距离为：
di xi 2 yi2 zi2 (i 1, 2,3)
短基线水声定位
系统组成: 1) 被定位的船或潜器上至少有3个水听器。 2) 间距在5～20米的量级。 3) 水面船上面装有问答机 4) 一个同步信标（或应答器）置于海底 工作原理 问答机接收来自信标（或应答器）发出的信号， 根据信号到达各基元的时间，求得斜距，据此可计算 水面船相对于信标（或应答器）的位置。
超短基线定位系统的基阵长度一般在几厘米到几十厘米，与前两种不同，利
用各个基元接收信号间的相位差来解算目标的方位和距离。 若按照工作方式划分，以上三种定位系统都可以选择使用同步信标或应
答器工作方式。
询问器或问答机:是安装在船上的发射器和接收器。它以一个频率发出询 问信号，并以另一频率接收回答信号。接收频率可以多个，对应于多个应 答器，常常只相隔0.5kHz。发射和接收换能器是无指向性的。 应答器:是置于海底或装在载体上的发射/接收器。它接收问答机的询问信 号（或指令），发回另一与接收频率不同的回答信号。收发换能器无指向 性的。 声信标:置于海底或装在水下载体（潜器）上的发射器，它以特定频率不 停的发出声脉冲。它是自主工作的。声信标分同步式和非同步式两种。 响应器:置于海底或装在水下载体（潜器）上的发射器，它由外部硬件 （如控制线）的控制信号触发，发出询问信号。问答机或其它水听器接收 它的信号。它常用于噪声较强的场合。
水声换能器的背景与发展现状
为什么需要宽带？
换能器的带宽对信号传输有着非常重要的影响。在频域， 影响传输声信号的频谱；在时域，影响信号的波形。
宽带的好处
1.换能器能够宽带发射，使发射信号不局限于单频脉冲， 还可以发射调频信号。
2.对于通讯声纳和水下机器人，宽带换能器可以提高信号 的传输速率、提高通讯的可靠性和保密性、降低误码率。
为什么需要大功率？
远程声呐必然要求声呐具有很大的声功率 ，根据文献，在100Hz若要得到210dB（ 参考1μPa.m）声源级需要4×103W的辐 射声功率而在低频时辐射声阻抗中阻的分 量很小，导致辐射到水中的的声功率非常 小，即使机械换能效率很高，总效率也将 是低的，因而想要得到200dB以上的声源 级具有相当的难度。
多模耦合拓展带宽的原理
能够产生多模多谐振的方法主要是在一个振动系统中产生 两种以上模态的振动或者是调节一种模态的二次、三次倍 频与基频间隔。不同模态或阶次的组合频率响应不产生间 断和过深的凹谷以实现换能器宽带工作 。
各种Tonpilz换能器
带匹配层纵振振动换能器
混合激励换能器
双前盖板换能器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
纵弯耦合换能器
6、弯曲圆盘换能器
该换能器中间是金属片，正反两面粘附着压电陶 瓷圆片，利用压电陶瓷的厚度振动带动金属片的 弯曲振动，从而实现低频发射。
与之类似的三叠片换能器广泛应用于石油测井行 业。
四、水声换能器的测量
大型消声水池
桁车测量系统
换能器实验测量系统
谢谢
（4）弯张换能器的不利方面是：不适合大深度工作，原 因是传统的弯张换能器直接对壳体施加预应力，在深水中， 巨大的静水压力作用在壳体上，减少了有源材料的预应力， 从而使有效功率降低。
基于近场声全息的高频换能器阵列声场测量方法
基于近场声全息的高频换能器阵列声场测量方法郭世旭;郝振宇;郑慧峰;赵鹏;熊久鹏【摘要】在二维平面声压构建技术理论基础上,结合空间傅里叶变换的近场声全息技术,提出一种高测量效率的声场测量方法.以由4个压电元件所构成的矩形活塞换能器阵列为测量对象,进行声场仿真和实验测量,验证该测量方法的测量精度与效率.结果表明,该方法相比面扫描法测量效率提高了560倍,相比积分法计算速度提高两倍,可有效应用于高频换能器阵列的声场测量.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2019(040)003【总页数】4页(P477-480)【关键词】计量学;声场测量;近场声全息;高频换能器阵列【作者】郭世旭;郝振宇;郑慧峰;赵鹏;熊久鹏【作者单位】中国计量大学计量测试工程学院,浙江杭州310018;中国计量大学计量测试工程学院,浙江杭州310018;中国计量大学计量测试工程学院,浙江杭州310018;中国计量大学计量测试工程学院,浙江杭州310018;中国计量大学计量测试工程学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TB951 引言在水声测量中，水声换能器和基阵一般都在远场条件下工作，且对水声换能器的校准通常都是在远场测量[1]。
随着对水声探测精度的要求提高，高频换能器及其阵列的研究越发受到重视，如多波束声呐，由于频率、尺寸等因素的限制，此类设备难以满足有限空间的远场测量条件。
近场测量法为水声换能器远场测量提供了一种可行的技术手段。
王成等提出基于近场测量法的水声换能器的声场重建方法，利用单个水听器进行面扫描，并根据惠更斯第二积分进行声场推算，但难以满足高频、大尺寸声学换能器的声场重建[2]；殷敬伟、郭嘉浩等设计了一种高频水声换能器近场声压分布测量机械扫描系统[3]，能够精确控制水听器的位置，并且认为根据DRL法[4]可以推算高频水声换能器的远场声学性能。
上述文献提到的方法虽然可以有效得到高频水声换能器阵列的远场特性，但在实际测量过程中由于测量点数较多，导致数据处理复杂，效率较低。
水声换能器的基础知识
水声换能器基础知识地球表面积的71%是海洋，海洋里蕴藏着丰富的生物和矿物质资源，是人类今后生存和发展的第二个空间。
而声纳这一水下探测设备则是人类开发海洋的重要帮手，更是海军和民用航海事业不可缺少的组成部分。
声纳设备的功能，就是收听水下有用信号并把它转变为电信号以供视听；或者自身产生一个电信号再转变为声信号在水介质中传播，遇到目标后反射回来再进行接收，转变为电信号供收听或观察，由此来判断被测物体的方位和距离。
在这个水下电声信号的转换过程中，关键设备就是水声换能器或是换能器阵。
1. 水声换能器的应用目前，水声换能器已经普遍地应用到工业、农业、国防、交通和医疗等许多领域。
这里仅介绍几种在水下探测方面的应用：（1）在测深方面的应用：为保证航行安全，无论是军舰或是民船都要安装测深声纳；专门的航道检测船只都配备精度高、功能齐全的测深仪。
根据测深深度的不同，测深换能器的频率和功率也相差甚远。
以频率范围在10kHz~200kHz的较多，功率从数瓦到数十千瓦不等，其中，高频小功率用于内河或浅海，低频大功率用于远洋、大深度。
对这类换能器的要求是波束稳定、主波束尖锐。
（2）在定位和测距方面的应用：测量航船对地的航行速度，大多采用多普勒声纳，利用四个性能相同的换能器分别排列与龙骨相垂直的左右舷方向上。
一般工作频率在100kHz~500kHz。
（3）在海洋考察和海底地层勘探方面的应用：海底地质调查主要采用低频大孔径声纳。
拖曳式声纳是当今装在活动载体上最大尺寸的声学基阵，作用距离也最远。
水中成像方面，通常采用高频旁视声纳，在船底左右舷对称地沿龙骨平行方向装两个直线基阵，各自向海底发射扇形指向性声束，然后接收来自海底的反射波，由于海底凹凸不平反射波强度有别，在显示图像上就会出现亮度不同的图像，因为工作频率较高，声信号衰减较快，作用距离不远，现在试验的频率范围为数十千赫到500千赫。
2. 水声换能器的分类换能器按照不同的机电能量转换原理可以分为电动式、电磁式、磁致伸缩式、静电式、压电式和电致伸缩式等。
第二章水声换能器及水声测量
单台演示各测量仪器的功能，并连接成测量系统演 示水声信号。
2、要求教师操作并讲解，学生提问并自己动手操作。
测量设备简介
1-1 B&K2713（功放）
10dB
0dB
10dB
60dB
微 调
增益旋钮 输入端
电源开关 电源开关指示灯
0.1V出监测口 输出量程选择
（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。
（2）自由场的建立
（i）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；
• 远场 自由声场中，离声源远处瞬时声压
（3）其它测量条件
（i）远场条件;
（ii）供电要求
在天然水域测量时，供电可由岸上码头供电电网担负， 也可由测量船本身担负，无论选取哪种供电形式，都需要 在测量中采取供电分级管理和节点开关控制的措施，以保 证测量中的正确供电和精密仪器的安全使用。
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，而在此段时间之前到达的脉 冲电信号（如电串漏信号）或此段时间之后到达的 脉冲声信号（如从水面、水底、池壁或支架等反射 的信号）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。
水声实验
-20
-30
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-40
-45
-15
2.4
1.6
0.9
0.7
2.8
TL
距离 20
30
34.2 40
45
50
55
60
65
Vp（V） 5
4
4
3
2.6
2.4
2.2
2
1.8
距离 70
Vp（V） 1.6
L=151.4cm B=121.7cm H=88.7cm D=34.2cm Q=15 τ≤min()
声源级和传播损失
p(r) SL 20 log
P0
A
r
20 log 20 log
P0r0
r0
式中 P0 1Pa , r0 1m 。由上式可见，右边第一项为常数，它表示声源 强度等于离源中心 1m 处得声压级。可见，在声压和距离的双对数坐
标系统中，上式为一直线，并且距离每增加一倍，声压级减少 6dB。
一、实验内容：
心,否则发射器和接收器间距必须比有效声中心和转轴间距大 100 倍。发射器和
接收器的间距要满足远场条件。
将频率为待测水听器相应工作频率 f 的电信号加到辅助发射器上,且保持发
射声场恒定不变。转动待测水听器,记下各个方向上水听器的输出电压。
信号源
示波器
功率放大器
测量放大器
发射换能器
实验水槽 水听器
图 1 测量系统连接示意图
根据声压随球面波衰减及 SL 的定义式可得到 SL 的测量式如下 SL(R) PL(R) 20lg(R)
20 lg(电压有效值 ) 203 - 20lg(测放) 20lg(R)
AUTOM-1型高速水声换能器自动测量系统简介
AUTOM-1型高速水声换能器自动测量系统简介1 概述AUTOM-1型高速水声换能器自动测量系统可以测量水声换能器的接收灵敏度、发送响应、指向性图、阻抗和指向性指数等参数，系统的最大特点是采用了多频率指向性图同步测量技术，测量速度快、自动化程度高，测量速度能达到常规系统的20倍左右，能在3分钟的时间内完成30个频率接收灵敏度(或发送响应)和11个频率指向性图的测量，每个频率指向性图的测量角度为0°～360°(角度分辨率为1°)。
该系统可以大幅提高水声换能器声学参数测试的效率，为水声换能器研制、生产、测试、计量等单位带来很好的经济效益。
2 系统主要功能及指标1)测量参数：接收灵敏度、发送响应、指向性图、声源级、阻抗等；2)测量频率范围：2kHz～160kHz(可以扩展到500Hz～1MHz)；3)电子设备测量误差：≤0.2dB；4)换能器旋转一周能同时测量11个频率指向性图（指向性图的测量角度：0°～360°，分辨率：1°）；5)测量30个频率接收灵敏度(或发送响应)和11个频率指向性图的测量时间可根据需要设定，设定范围：2分钟～1小时；6)测量结果采用数据文件的形式存储在计算机硬盘上，一个数据文件同时包含全部测量参数及测量时的信号波形；7)打开数据文件可以查看各种测量参数及信号波形，也可以将测量结果打印输出到A4纸上；8)可以自动判读波束宽度、每个角度上的响应值、指定角度内的响应起伏、指向性指数等参数。
3 系统组成及原理AUTOM-1型高速水声换能器自动测量系统主要由信号处理设备、PC计算机、回转装置、信号功率放大器和测量软件组成，系统的实物照片见图1，其中， PC计算机、回转装置和功率放大器是通用的产品，可以根据需要选购任何公司的产品，也可以利用原有的产品，最大限度地节约投资。
图1 AUTOM-1型高速水声换能器自动测量系统实物照片测量软件运行在PC计算机上，PC计算机的操作系统为WINDOWS，测量软件通过PC计算机控制信号处理设备，严格按照测量时序产生各种频率的激励信号，经过功率放大器放大后，激励发射换能器输出测量所需的水声激励信号，同时按照测量时序检测标准水听器或接收换能器接收到的水声信号，经过信号处理和计算，自动完成各种参数的测量，并将测量结果用数值及图形的方式实时显示在软件界面上。
水声换能器测量规程
水声换能器测量规程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：水声换能器是一种用于测量水下声音并将其转换为电信号的设备，常用于海洋科学研究、水声通信、海洋资源勘探等领域。
水声换能器的测量精度直接影响到数据的准确性和可靠性，在进行水声换能器的测量过程中需要严格遵守一定的规程，以确保测量结果的准确性。
本文将介绍一份关于水声换能器测量规程的具体内容，希望能够帮助读者了解水声换能器测量的主要步骤和注意事项。
一、测量前的准备1. 确定测量的目的和测量范围，明确需要测量的参数和技术要求。
2. 准备好水声换能器以及相关的测量设备和配件，确保设备能够正常工作。
3. 对测量地点进行认真的现场勘测，了解水声环境、水声传播特性等相关信息。
4. 对测量人员进行培训，确保他们熟悉水声换能器的使用方法和操作规程。
二、测量过程的实施2. 将水声换能器置于需要测量的位置，调节传感器的方向和角度，确保能够准确接收水下声音信号。
3. 开始进行测量，记录下测量开始时间和测量参数等相关信息。
4. 在测量过程中要及时调整水声换能器的位置和参数，确保测量数据的准确性。
5. 测量结束后，停止测量并记录下测量结束时间，保存测量数据并进行分析。
三、测量结果的处理和分析1. 对测量数据进行处理和分析，计算出所需的参数和结果。
2. 对测量结果进行比对和验证，确保结果与实际情况一致。
3. 将测量结果进行归档和备份，以备日后查看和参考。
四、注意事项和安全措施1. 在进行测量时要注意保护水声换能器和相关设备，避免碰撞和损坏。
2. 在测量地点要注意安全，避免发生意外和事故。
3. 在测量过程中要保持仪器的稳定性，避免数据误差。
4. 在遇到问题和困难时要及时与专业人员沟通，寻求帮助和解决方案。
水声换能器测量规程是保证测量准确性和可靠性的重要措施，只有严格遵守规程，才能够得到准确的测量结果。
希望本文能够对读者在进行水声换能器测量时有所帮助，提高测量工作的效率和质量。
【2007字】第二篇示例：水声换能器是一种将水中的声波信号转换为电信号的装置，广泛应用于海洋科学研究、海洋勘测、水声通信等领域。
声学测量指导书
其中：基准值 为1 Pa·m/A。
2．发送响应的测量方法
虽然发送（电压或电流）响应都是按辐射到距发射器声中心1米处的表观声压值来定义的，但这并不意味着水听器到发射器的测量距离只限于1米。如果发射器的尺寸较大，离发射器声中心1米处的点，可能是处于发射器的近场区甚至还可能就在发射器（或其基阵）本身之内，例如，对于半径为2米的圆柱型发射器。因此，实际测量都是在大于1米的远场中的某距离上完成的，要求那里的发散声波是球面波，即声波强度或声压平方是随距离的平方成反比地衰减，所以有效值声压与距离成反比。这样把远场中d米处测量的声压值换算为1米处的表观声压值时，只要乘以距离d即可。
（3）缺少真正的自由声场。
（4）缺少足够大的信噪比，在本校准法中要求来自发射换能器的直达波信号与各种干扰噪声之比应在20dB以上，否则测量误差较大，甚至失效。
三、实验内容与要求：
1．内容：
根据实验条件给定一只发射换能器、一只标准水听器和一只待校水听器以及相应测量仪器，然后采用比较校准法测得该待校水听器的自由场电压灵敏度（级）。
（1）发送电压响应
发射器在某频率下的发送电压响应 ，是在指定方向上离其有效声中心参考距离上产生的自由场表观声压 与加到换能器输入端的电压V之比。单位：帕米每伏Pa·m/v。以数学式表示为：
式中： 为参考距离1m。
为表观轴向声压，可表示为 ，其中 为离被测换能器有效声中心d米处的声压。
因此，发送电压响应也可以说是发射器在某一频率下指定方向上离其有效声中心参考距离d米处的远场中的声压 和该参考距离的乘积与加到输入电端的电压V的比值，即：
（4）在实施测量时，水听器必须放置在发射换能器声场的远场区，以获得近似的平面波声场。其间距离可根据所选用的发射换能器的邻近区判据来决定。此外，还应事先检验三个换能器的水平和垂直指向性图，以便选定校准方向。对于指向性水听器，应选其声轴方向作为它的校准方向。为提高校准精度悬挂换能器时，要注意支架在水下可能产生散射对水听器的影响。
水声换能器与换能器阵技术研究
水声换能器与换能器阵技术研究水声换能器与换能器阵技术作为水下声波信号处理的关键技术，在海洋探测、水下通信、军事应用等领域具有广泛的应用价值。
本文将详细阐述水声换能器与换能器阵技术的研究现状、应用前景、技术原理及实验设计，以期为相关领域的研究提供参考与借鉴。
水声换能器与换能器阵技术研究涉及多个学科领域，包括声学、物理学、电子工程等。
目前，研究者们已经提出了多种水声换能器设计与实现的方法，如压电陶瓷换能器、磁致伸缩换能器、电致伸缩换能器等。
同时，为了提高声波信号的接收与发送效率，研究者们还研发了多种换能器阵列，如线性阵列、平面阵列、球面阵列等。
水声换能器与换能器阵技术的应用前景主要体现在以下几个方面：潜艇声呐系统：潜艇声呐系统是水下声波信号处理的重要应用之一，通过使用水声换能器和换能器阵技术，可提高潜艇的探测能力、定位精度和通信效率。
海洋探测：海洋探测是水声换能器与换能器阵技术的另一重要应用领域，如海底地形地貌探测、海洋资源开发等。
深海钻探：深海钻探过程中，水声换能器和换能器阵技术可用于传递控制信号和收集钻探数据，提高深海钻探的安全性和效率。
水声换能器与换能器阵技术的发展前景广阔，但仍面临诸多挑战。
未来研究方向可包括：高性能水声换能器的设计和制作，以提高声波信号的发送和接收效率。
低成本、大规模的换能器阵列制造技术的研究，以降低应用成本，促进普及化。
复杂水声环境下的信号处理算法研究，以提高水声信号的抗干扰能力和通信可靠性。
水声换能器与换能器阵列的优化配置与协同工作，以实现更高效的声波信号处理。
水声换能器与换能器阵技术的原理主要是基于声波的传播规律和换能器的物理特性。
声波作为一种机械波，传播时需要介质。
在水下环境中，声波主要通过水介质传播，其传播速度受到水温、盐度、压力等多种因素的影响。
水声换能器的主要功能是将电信号转换为声波信号进行传播，或者将声波信号转换为电信号进行接收。
其工作原理主要基于压电效应、磁致伸缩效应、电致伸缩效应等物理效应。
一种换能器基阵的测量分析
为 了消 除 回 转 齿 轮 耦 合 的偏 差 ．采 取 先 转 半 圈 ． 再 回转 的 办 法 ． 由上 图 可 以 看 出测 量 值
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和理论值 符合较好 。
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３ １ 柬控前 （ 日＝ 。 ）基 阵指 向性 测量 值和理 论值 比较 ． 即 。０ 选取两个 频 率 户０９ ｋ 、４７ ｋ ｚ作 比较：基阵架背面为刚性 结构 ， － ． ｋ 时没有透 ．５Ｈｚ ． Ｈ ４ ／ ４７ Ｈｚ ４
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水声换能器测量规程
水声换能器测量规程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：水声换能器测量规程是海洋科学研究中非常重要的一部分，它能够帮助研究人员准确测量海洋中的声波信号，从而帮助我们更好地了解海洋环境及其中的生物和物理过程。
水声换能器测量规程一般包括测量前的准备工作、测量过程的操作要点以及数据处理和分析等内容。
下面我们就来详细介绍水声换能器测量规程的相关内容。
一、测量前的准备工作1. 确定测量目的：在进行水声换能器测量前，首先要明确测量的目的和范围。
确定测量目的有助于我们选择合适的测量参数和工作模式，确保测量结果的准确性和可靠性。
2. 确定测量设备：选择合适的水声换能器是非常重要的一步。
根据测量的具体要求和场地环境，选择合适的水声换能器类型和规格，确保测量设备能够满足实际测量需求。
3. 测量设备的校准：在进行水声换能器测量前，需要对测量设备进行校准。
通过校准可以确保测量设备的精度和准确性，提高测量结果的可靠性。
4. 确定测量位置：根据测量目的和要求，选择合适的测量位置。
在选择测量位置时，需要考虑水声传播特性、背景噪声水平以及其他环境因素，确保测量结果的准确性。
5. 测量环境的评估：在进行水声换能器测量前，需要对测量环境进行评估。
评估测量环境可以帮助我们了解环境的特点和影响因素，为测量过程中的数据处理和分析提供参考依据。
二、测量过程的操作要点1. 测量参数的设定：在进行水声换能器测量时，需要设定合适的测量参数。
测量参数包括频率范围、采样率、增益等，根据测量的具体要求和目的，选择合适的测量参数设置。
2. 测量设备的安装：在进行水声换能器测量前，需要将测量设备正确安装在测量位置上。
安装时需要确保水声换能器与水面或海床的接触良好，避免测量误差。
3. 测量数据的采集：在进行水声换能器测量时，需要正确采集测量数据。
采集数据时需要注意数据传输的稳定性和完整性，避免数据丢失或错误。
4. 测量过程的监控：在进行水声换能器测量时，需要及时监控测量过程中的运行状态。
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水声换能器与基阵的测量
1. 阻抗
水声换能器的阻抗通常是指在水声换能器电端测得的电阻抗，具体是指在某一固定频率下加到换能器输入端的瞬时电压与流入换能器的瞬时电流的复数比，单位为欧姆，用符号Z表示。
水声换能器的电导纳则是电阻抗的倒数，即指在某一固定频率下流入换能器的瞬时电流与加到换能器输入端的瞬时电压的复数比，单位为西门子，用符号Y表示。
利用阻抗分析仪可直接测出换能器在串联模式下的电阻抗和并联模式下的电导纳，但该方法通常只用于换能器在小信号状态下的阻抗或导纳测量。
2. 发送响应及声源级
水声发射换能器的发送响应按参考电学量的不同分为发送电压响应、发送电流响应和发送功率响应。
在水下电声测量中，人们通常习惯用分贝来表示某一参量在某一空间点、某一时刻的幅度，相对于一个参考幅度的大小，即所谓级的概念，如声压级、声源级、发送电压响应级、发送电流响应级和发送功率响应级等等。
（1）发送电压响应
换能器发送电压响应是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m处的表观声压与加到换能器输入端的电压之比。
（2）发送电流响应
换能器发送电流响应是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m处的表观声压与流入换能器的电流之比。
（3）发送功率响应
换能器发送功率响应是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m处的表观声压的平方与输入换能器的电功率之比。
（4）声源级
发射换能器的发射声源级是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m处的表观声压级。
3. 指向性
指向性是指换能器的发送响应或自由场灵敏度随发送或入射声波方向变化的特性，一般用指向性图、指向性因数和指向性指数来表示。
指向性是一个方向的函数，通常用D(θ,φ)来表示，其中φ是水平角，θ是垂直角。
因此指向性图是个空间立体图，而且它又是频率的函数，所以指向性图通常要标明测量的频率和测量平面。
在实际测量中，指向性图是二维的，通常是指水平指向性图或垂直指向性图。
如果换能器是互易的，则它的发射指向性图和接收指向性图是相同的，但在高功率状态下，由于非线性的影响，发射指向性图和接收指向性图稍有差异。
指向性图通常要作归一化处理，因为它是任一方向上发送响应或接收灵敏度相对于参考方向（通常为声轴方向）上发送响应或接收灵敏度的变化曲线，即将轴向发送响应或接收灵敏度设为0dB，再将任意方向上的发送响应或接收灵敏度与轴向发送响应或接收灵敏度的比值随方向的变化用极坐标或直角坐标下的图形表示出来。
指向性图的特征参量通常用波束宽度和最大旁瓣级来表示。
波束宽度指从主轴的最大响应下降3dB（或6dB、10dB）时左右两个方向的角度，通常称之为下降3dB（或6dB、10dB）的波束宽度。
最大旁瓣级是指最大旁瓣比主轴的最大响应下降的分贝数。
4. 电声线性范围
发射换能器的输出量与输入量之比保持线性关系的输入量的取值范围称之为换能器的电声线性范围。
通常发射换能器的输出量是指辐射声压，输入量是指输入电压。
在直角坐标系中，以输入电压为横坐标，以辐射声压为纵坐标，则换能器的输出量与输入量的关系曲线的直线部分是线性区域，其它部分则为非线性区域。
5.电声效率
水声换能器的电声效率通过分别测得被测换能器的输入电功率和辐射声功率。
（1）输入电功率
水声换能器的输入电功率通过分别测量加到被测换能器输入端的端电压和流入被测换能器的电流以及电压、电流间的相位差。
（2）辐射声功率
水声换能器的辐射声功率通过分别测量远场d米处的声压和它的指向性因数。