水声换能器复数灵敏度校准方法

混响场中水声换能器互易校准研究水声换能器的校准是水声计量中的重要研究工作。

互易校准法作为声学计量的一级计量方法被广泛应用。

目前水声换能器校准普遍采用的是国标中规定的自由场校准方法,其具有操作方便、技术成熟等优点,但是由于校准频率受水池特性等因素的影响,低频下限还是很难突破。

随着水声换能器向低频发展的趋势,在有限尺寸的水池内实现水声换能器的低频校准与测量,成为校准与测量研究发展的方向和攻克的难题。

混响水池作为水声实验室中另一种重要实验设施,已被应用于声源辐射声功率的测量等方面的研究。

虽然在自由场环境下的水声换能器互易校准方法已有相应标准,但在混响水池中采用混响法进行水声换能器的互易校准还没有相应规范。

本文将基于混响水池开展水声换能器的互易校准方法研究。

其优点在于能够降低校准频率;且可以同时进行多水听器校准,从而大大节省投入成本并提高工作效率。

本文的主要工作内容将首先从理论推导和仿真计算的方法对理想混响水池的声场特性进行分析,通过试验论证空间平均对于准确测量声源辐射声功率的作用,并明确具体水池的混响时间、混响半径、声源与水听器的距离范围等。

然后研究了混响场互易理论,提出了混响场互易常数的计算和测量方法:基于混响时间法和采用自由场比较法。

最后,搭建一套完整的混响水池水声换能器校准系统,在三个不同尺寸的混响水池中对一组水声换能器进行了互易校准,将校准结果与自由场互易法校准结果进行对比,并进行不确定度分析。

结果表明:在校准频率范围内,利用混响场校准结果与自由场校准结果误差不超过1dB,随着频率的增加,误差变小;混响场互易校准的A类不确定度不超过±0.17dB,B类不确定度不超过±0.47dB,合成不确定度为0.5dB。

验证了水声换能器混响场互易校准的可行性和精确度。

2019年第1期声学与电子工程总第133期水声换能器灵敏度混响法校准技术研究纪京召黄勇军（第七一五研究所，杭州，310023）摘要为了提高水声换能器校准的效率，拓展水声换能器校准方法，对水声学中的混响场校准技术进行了研究。

首先介绍了混响法校准原理，分析了混响法校准水听器的关键技术，对混响声场的设计进行了评价。

文章给出了水听器灵敏度混响法校准方法，分析混响水池的建设条件，给出了混响水池设计的尺寸要求以及材料要求。

关键词混响法；灵敏度校准；混响水池；空间平均法；水声换能器混响声场的研究最早开始于空气声学领域，主要用于声学材料的吸声系数、建筑物声传递损失和声源声功率等参数的测量。

水声学领域关于混响声场的研究较少，1961年，HGDiestel将混响场理论应用于水听器校准中。

我国也开展了一些混响声场在水声学中应用的研究。

早在1963年，南京大学吴文虬教授将混响法应用于水声学中⑴，俞孟萨在半混响环境中测量水下结构辐射声功率，李琪利用混响法开展重力式水洞噪声测量研究，尚大晶利用混响法开展了水下复杂声源辐射声功率测量研究等叫目前国内外对水声换能器及阵列的测试大多在能够模拟自由场条件的消声水池内进行，而对于 较低频率（几百赫兹或更低）的测试，则需要在特殊的声场内或者开阔水域进行。

而这些方法都有自己的一些局限性。

例如，在特殊声场例如耦合腔法W或者振动液柱法等测试装置的声场一般都不会太大，这就要求换能器的尺寸不能太大，并且不能进行多个换能器同时测试，导致测试效率较低。

而在开阔水域进行，环境带来的影响无法排除，会增加 测试的不确定度，并且外场测试耗费的人力物力往往都很大，不能满足长时间多次测试的需求。

因此本文开展水声换能器在混响场内的测试技术研究。

相对于自由场测试，混响场测试方法在相同尺寸的水池下具有更低的截止频率，同时可实现多个换能器的同时测试，提高了测试效率并且降低了测试成本。

混响声场是应用混响法的必要条件，在水声领域中，目前对混响水池的研究还不成熟，空间平均法是从测量方法上消除混响声场的不均匀。

超声水听器40MHz以下超声场用水听器的校准1 范围YY/T 0865的本部分规定了：——水听器的绝对校准方法；——水听器的相对（比较）校准方法。

对本部分所覆盖频率范围内的各种相对和绝对校准方法提出了建议。

本部分适用于：——在水中且在40MHz以下频率范围内测量所用的水听器；注1：在医用超声领域，尽管一些工作在40kHz~100kHz频率范围的理疗医学应用正在不断发展，但影像诊断的主要频率范围仍保持在2MHz以上。

最近已经确认，即使在后一种情况下（频率在2MHz以上），水听器在较低频段的响应也会影响关键声学参数的测量[1]。

——采用圆形敏感元件制成，设计用于测量超声设备产生的脉冲波或连续波声场的水听器；注2：一些水听器可能具有非圆形的敏感元件，例如因电极结构引起的对圆形结构的轻度偏离，或者反过来，其敏感元件实际上是方形的。

即便如此，本部分中的条款依然有效，但宜特别关注指向性响应和通过各个旋转轴的敏感元件的有效半径。

——带有或不带有水听器前置放大器的水听器。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

IEC 60050-801 国际电工术语声学和电声学（International Electrotechnical V ocabulary –Chapter 801: Acoustics andelectroacoustics）IEC 60565:2006水声水听器0.01Hz~1MHz频率范围内的校准（Underwater acoustics - Hydrophones - Calibration in the frequency range 0,01 Hz to 1 MHz）IEC 61161 声学超声功率测量辐射力天平法及性能要求（Ultrasonics –Power measurement –Radiation force balances and performance requirements ）IEC 61828 声学聚焦超声换能器发射场特性的定义与测量方法（Ultrasonics - Focusing transducers - Definitions and measurement methods for the transmitted fields）IEC 62127-1：2007超声水听器第1部分：40MHz以下医用超声场的测量和特征描绘（Ultrasonics- Hydrophones - Part 1：Measurement and characterization of medical ultrasonic fields up to 40 MHz）修正案1：2013IEC 62127-3 超声水听器第3部分：40MHz以下超声场用水听器的特性（Ultrasonics - Hydrophones - Part 3：Properties of hydrophones for ultrasonic fields up to 40 MHz）3 术语、定义和符号IEC 62127-1:2007+修正案1:2013界定的以及下面的术语适用于本部分。

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。

水声换能器灵敏度混响法校准技术研究作者：纪京召黄勇军来源：《声学与电子工程》2019年第01期摘要为了提高水声换能器校准的效率，拓展水声换能器校准方法，对水声学中的混响场校准技术进行了研究。

首先介绍了混响法校准原理，分析了混响法校准水听器的关键技术，对混响声场的设计进行了评价。

文章给出了水听器灵敏度混响法校准方法，分析混响水池的建设条件，给出了混响水池设计的尺寸要求以及材料要求。

关键词混响法;灵敏度校准;混响水池;空间平均法;水声换能器混响声场的研究最早开始于空气声学领域，主要用于声学材料的吸声系数、建筑物声传递损失和声源声功率等参数的测量。

水声学领域关于混响声场的研究较少，1961年，H G Diestel 将混响场理论应用于水听器校准中。

我国也开展了一些混响声场在水声学中应用的研究。

早在1963年，南京大学吴文虬教授将混响法应用于水声学中[1]，俞孟萨在半混响环境中测量水下结构辐射声功率，李琪利用混响法开展重力式水洞噪声测量研究，尚大晶利用混响法开展了水下复杂声源辐射声功率测量研究等[2].目前国内外对水声换能器及阵列的测试大多在能够模拟自由场条件的消声水池内进行，而对于较低频率（几百赫兹或更低）的测试，则需要在特殊的声场内或者开阔水域进行。

而这些方法都有自己的一些局限性。

例如，在特殊声场例如耦合腔法[1]或者振动液柱法等测试装置的声场一般都不会太大，这就要求换能器的尺寸不能太大，并且不能进行多个换能器同时测试，导致测试效率较低。

而在开阔水域进行，环境带来的影响无法排除，会增加测试的不确定度，并且外场测试耗费的人力物力往往都很大，不能满足长时间多次测试的需求。

因此本文开展水声换能器在混响场内的测试技术研究。

相对于自由场测试，混响场测试方法在相同尺寸的水池下具有更低的截止频率，同时可实现多个换能器的同时测试，提高了测试效率并且降低了测试成本。

混响声场是应用混响法的必要条件，在水声领域中，目前对混响水池的研究还不成熟，空间平均法是从测量方法上消除混响声场的不均匀。

基于虚拟仪器的水声换能器参数校准系统开题报告一、研究背景水声换能器是一种将机械能转化为电能或反之的装置，同时还可以相互转换，是水下测控技术中不可或缺的重要组成部分。

在水下测控领域中，水声换能器的应用非常广泛，如水声通信、水声测深、声呐和水声旋回等方面。

但是，水声换能器在使用中会因为各种因素而导致其性能参数发生偏差，如工作频率、灵敏度、驻波比等，而这些参数的准确性对于水下信号的传输和接收有着至关重要的影响。

因此，准确的水声换能器参数校准是保证水声信号传递准确的关键环节。

传统的水声换能器参数校准方法主要依赖于专业的测量设备和仪器，但是这些设备和仪器价格昂贵，且使用难度较大，对于小规模实验以及初学者使用不太方便。

因此，基于虚拟仪器技术开发一款水声换能器参数校准系统具有现实的意义。

二、研究目的本研究旨在为解决传统水声换能器参数校准方法使用的不便利性和高成本问题而开发一套基于虚拟仪器技术的水声换能器参数校准系统，其中主要包括以下研究内容：1. 基于传统水声换能器参数校准方法的理论和实验基础，设计出虚拟仪器的数据获取和控制系统，实现数据采集、存储和分析等功能。

2. 根据虚拟仪器技术的特点，设计出水声信号发生器、水声信号录制仪、驱动放大器等虚拟仪器。

3. 搭建水声换能器参数校准实验平台，进行实际参数校准实验，并对实验结果进行分析和验证。

三、研究方法本研究采用的是实证研究方法，主要包括以下步骤：1. 理论研究：分析和归纳传统水声换能器参数校准方法以及虚拟仪器技术的理论基础，为系统的设计提供基础和理论支持。

2. 系统设计：设计虚拟仪器的数据采集和控制系统，并搭建实验平台，实现数据采集、处理和存储的功能。

3. 虚拟仪器设计：设计和实现虚拟水声信号发生器、水声信号录制仪、驱动放大器等虚拟仪器，并对其性能进行测试和验证，保证其准确度和稳定性。

4. 校准实验：利用实验平台和设计的虚拟仪器进行水声换能器的参数校准实验，并对实验数据进行处理和分析，验证系统的可行性和准确性。

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。