水声测量学习教案.pptx

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1、会计学1水声测量水声测量(cling)第一页，共33页。1.1.基本概念基本概念 （1 1）自由场）自由场 （2 2）远场）远场 （3 3）近场）近场第2页/共33页第二页，共33页。（1 1）自由场）自由场 均匀各向同性的媒质中，边界影响均匀各向同性的媒质中，边界影响(yngxing)(yngxing)可以不计时可以不计时的声场的声场.（2 2）远场）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。场。（3 3）近场）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

2、场。场。第3页/共33页第三页，共33页。2.2.自由场的建立自由场的建立 （1 1）天然）天然(tinrn)(tinrn)水域水域 （2 2）实验室）实验室第4页/共33页第四页，共33页。（1 1）天然水域自由场条件）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；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；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在水介质中要避免有可能引起折射和散射(snsh)(s

3、nsh)的的任何因素，诸如流、温度梯度、海洋生物、气泡和污物任何因素，诸如流、温度梯度、海洋生物、气泡和污物等；等；要有良好的气候条件，以保证测量的顺利进行和便利；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，水深通常小于在高频和超声频范围测量时，水深通常小于20m20m；对；对1kHz1kHz以下的频率，水深应大于以下的频率，水深应大于20m20m。第5页/共33页第五页，共33页。（2 2）实验室自由场条件：）实验室自由场条件：消声水池消声水池 非消声水池采用非消声水池采用(ciyng)(ciyng)脉冲声脉冲声技术技术第6页/共33页第六页，共33页。3.3.

4、测量测量(cling)(cling)距离的确定距离的确定（1 1）远场判据）远场判据（2 2）等效）等效(dn xio)(dn xio)声中心的确定声中心的确定第7页/共33页第七页，共33页。(1)(1)远场判据远场判据 理论理论(lln)(lln)推导推导 以活塞发射器和点接收器组成的系统为例，推导远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。场距离判据。式中：活塞发射器表面(biomin)振动幅度 水中声速水中声速(shn s)水的密度水的密度 活塞上面元到观察点的距离活塞上面元到观察点的距离c面元面积面元面积 ds r第8页/共33页第八页，共33页。（i）远场特性）远场特

5、性(txng)式中：a活塞(husi)发射器半径；第9页/共33页第九页，共33页。（ii）近场特性(txng)第10页/共33页第十页，共33页。a活塞活塞(husi)(husi)面中心点处面中心点处,r=0,r=0时时圆面活塞中心点处声压圆面活塞中心点处声压根据根据(gnj)a(gnj)a与与之间关系之间关系可以确定可大可小。可以确定可大可小。pr第11页/共33页第十一页，共33页。b在活塞法线上声压(shn y)幅值极大极小点处 n=0,1,2 p=max n=0,1,2 p=0pr在法线上将会出现声压极大、极小值的交替在法线上将会出现声压极大、极小值的交替(jiot)分布现象分布现象

6、第12页/共33页第十二页，共33页。离发射离发射(fsh)(fsh)面最远处声压极大值点对面最远处声压极大值点对应于应于n=0n=0即 这表明(biomng)，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。第13页/共33页第十三页，共33页。接近(jijn)远场区（分析近场公式）ra 时，若时，即则c第14页/共33页第十四页，共33页。当当很小时很小时(xiosh)，所以所以(suy)若若 声压幅值按照 球面波规律(gu

7、l)衰减。第15页/共33页第十五页，共33页。结论结论 活塞活塞(husi)(husi)发射器和点接收器组成的系统的远发射器和点接收器组成的系统的远场距离判据为：场距离判据为：第16页/共33页第十六页，共33页。经验经验(jngyn)(jngyn)公式公式对于对于(duy)均匀圆形活塞换能器均匀圆形活塞换能器代表一定误差下对相位代表一定误差下对相位(xingwi)(xingwi)的要求；的要求；（正弦函数用小角度代替）（正弦函数用小角度代替）代表一定误差下对幅度的要求；代表一定误差下对幅度的要求；（二项式展开舍去高次项）（二项式展开舍去高次项）第17页/共33页第十七页，共33页。近似于圆

8、形或方形活塞近似于圆形或方形活塞(husi)面积面积(min j)/(min j)/波长波长 最大线度尺寸最大线度尺寸(ch cun)第18页/共33页第十八页，共33页。最大线度尺寸最大线度尺寸(ch cun)L(ch cun)L对于其他对于其他(qt)情况情况声场声场(shn chn)(shn chn)误差小于误差小于0.5dB0.5dBL2/第19页/共33页第十九页，共33页。（2 2）等效声中心）等效声中心(zhngxn)(zhngxn)的确定的确定问题(wnt)的提出d0ddpdd0ddpdddpdd0000000第20页/共33页第二十页，共33页。A/PdA/P2A/P1d1d

9、2do pd远场中某处声压；远场中某处声压；d以参考点为起点的测量距离；以参考点为起点的测量距离；d参考点与实际声中心参考点与实际声中心(zhngxn)的偏差。的偏差。确定(qudng)方法 Od第21页/共33页第二十一页，共33页。二、脉冲二、脉冲(michng)声技术声技术1 1、原理、原理2 2、实现、实现(shxin)(shxin)方法方法第22页/共33页第二十二页，共33页。1 1、原理、原理 利用正弦填充矩形脉冲信号或不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励发射换能器，并控制接收系统使其只在

10、脉冲声信号从发射器直达水听器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，从而形成域上分离开来，从而形成(xngchng)(xngchng)时间域上的自由场。时间域上的自由场。第23页/共33页第二十三页，共33页。

11、（1 1）电串漏信号：）电串漏信号：电或电磁的信号，经非声学途径传播，是发电或电磁的信号，经非声学途径传播，是发射与接收系统直接射与接收系统直接(zhji)(zhji)电耦合所至，可电耦合所至，可能是接地线不妥当或水听器屏蔽不好。能是接地线不妥当或水听器屏蔽不好。（2 2）直达信号：）直达信号：经声传播时间延迟后到达，由于电子设备和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换能器滤波特性，致使直达脉冲信号形状产生畸变。变。（3 3）反射信号：）反射信号：由于各种反射途径均比直达声程远，因此各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。

12、种反射波均在直达声后面出现。第24页/共33页第二十四页，共33页。工作工作(gngzu)原理原理t第25页/共33页第二十五页，共33页。t第26页/共33页第二十六页，共33页。tt第27页/共33页第二十七页，共33页。t第28页/共33页第二十八页，共33页。（I I I I）避免）避免）避免）避免(bmin)(bmin)(bmin)(bmin)边界影响边界影响边界影响边界影响2 2、实现方法、实现方法(fngf)(fngf)（1 1）脉冲宽度（）脉冲宽度（）的选择）的选择 第29页/共33页第二十九页，共33页。（）换能器尺寸大于声波长时，避免）换能器尺寸大于声波长时，避免(bmin

13、)换能器之间换能器之间的反射影响的反射影响（）为与连续信号）为与连续信号(xnho)测量相比拟，使换能器达到稳态条测量相比拟，使换能器达到稳态条件件Q发射换能器的品质因数；发射换能器的品质因数；fo发射换能器的谐振发射换能器的谐振(xizhn)频率。频率。第30页/共33页第三十页，共33页。（）为保证声信号不发生畸变，测试设备）为保证声信号不发生畸变，测试设备(shbi)等带等带宽应为宽应为（）为与连续）为与连续(linx)信号测量相比拟，使换能器各部分之间完信号测量相比拟，使换能器各部分之间完成相互作用成相互作用l沿声波传播沿声波传播(chunb)方向上水听器的尺寸；方向上水听器的尺寸；第31页/共33页第三十一页，共33页。T T6060水池混响时间。水池混响时间。（2 2）脉冲）脉冲(michng)(michng)周期的周期的选择选择第32页/共33页第三十二页，共33页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第33页/共33页第三十三页，共33页。