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阻抗和并联模式下的导纳,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。

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