导图社区 声学测量第四章思维导图
这是一篇关于声学测量第四章思维导图的思维导图，导图从水声换能器概述、水声换能器的使用、水声发射换 能器、水听器这四个方面作了阐述。
这是一篇关于声学测量第五章的思维导图，导图从换能器阻抗特性测量方法、水声换能器声学测量参数概述、水声材料声学参数测量、换能器压灵敏度测量方法、水声材料衰减特性测量方法这几个方面作了阐述，
这是一篇关于声学测量第三章的思维导图，主要内容有干扰源及其识别技术、干扰的消除方法、常用信号与仪器、脉冲声技术、水声测量场地。
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第四章
水声换能器概述
分类和特点
按测量功能和用途分
标准水听器 或测量水听器
灵敏度已校准，性能稳定。 分为一级二级。
标准发射器 或标准声源
发送电压（电流）已校准。 用于校准测量水听器等实验设备
专用测量水听器
满足特殊测量需要。 声压梯度水听器，质点振速水听器 偶极子发射器，互易换能器
按照换能器原理分
电场能量耦合型
压电陶瓷和压电晶体。 用于1kHz以上及超声频段
磁场能量耦合型
磁致伸缩棒和电动换能器。 磁致伸缩：1kHz以上及超声 动圈：1kHz以下
气动式、动铁式、流体静压力式等类型换能器
水声换能器的使用
校准
新制造或维修后要校准鉴定。使用过程要周检， 超过检定周期的仅用于非定量测量
环境要求
静水压和温度不超过规定范围
方向
测量方向与校准方向一致
出厂参数
声压灵敏度、低频自由场灵敏度等。
水声换能器的技术指标
灵敏度
标准水听器自由场电压灵敏度不低于-205dB（基准值1V/μPa）
测量水听器自由场电压灵敏度不低于-210dB（基准值1V/μPa）
指向性
水平指向性图在最高使用频率下-3dB波束宽度大于30°， 垂直指向性图大于15°
动态范围
60dB动态范围内，标准水听器的自由场开路输出电压与自由场电压 成线性关系，非线性偏差不超过±0.5dB，测量水听器不超过±1dB
稳定性
时间稳定性：每年重校一次，灵敏度变化在校准不确定度之内
温度稳定性：0~40℃，接收灵敏度的变化， 标准水听器小于0.04dB/℃，测量水听器小于0.05dB/℃
静水压稳定性：0~4MPa静压范围，接收灵敏度的变化， 标准水听器小于0.03dB/MPa,测量水听器小于0.04dB/MPa
水听器
声压水听器
基本工作原理
组成：敏感元件、辅助结构、前置放大器、输出电缆
工作过程：敏感元件在声压作用下产生与声压值成正比的开路电压，再通过前置放大器放大后由电缆传输至输出端，或者直接由电缆传输至输出端
构造
管状或球状结构：压电陶瓷圆管的端面增压式结构（径向和轴向工作），陶瓷圆管的端面非增压式结构（径向工作为主），陶瓷圆管的端面增压、径向屏蔽的结构（轴向工作为主），空心陶瓷球形结构
压电晶堆结构：8片硫酸锂晶体并联联接，6片矩形硫酸锂晶体串联联接，6片圆形硫酸锂晶体并联联接
性能要求
频率特性
低频时：灵敏度是与频率无关的常数 谐振频率处：灵敏度到达最大值 谐振频率以上：灵敏度随频率增大而下降
结构特性
支撑结构不与水听器产生谐振；外界振动或电缆抖动会通过前放传递 至压电元件；避免支撑结构与压电元件接触；敏感元件外包裹透声橡胶； 避免多点接地；
类型
常用类型
中美俄等生产；频率范围0.1Hz~1MHz；PZT压电陶瓷、硫酸锂晶体、 PVDF薄膜材料等；球形和圆管；用透声橡胶硫化或聚氨酯灌注包敷；
常见型号
RHS、RHC、RHA行标准水听器；B&K8104型；B&k8105型；
振速水听器
动圈式或电磁式速度传感器，分别沿X、Y、Z三个方向相对放置两个速度传感器反向串联，外部为金属或塑料外壳，电缆从上部或下部输出
零浮力，实现与媒质质点同振
频率要求
低频时：振速灵敏度随频率增大而增大 谐振频率处：振速灵敏度达到最大值 谐振频率以上：振速灵敏度是与频率无关的常数
X、Y、Z三个轴向均具有余弦指向特性
SV-2型振速水听器；三维微型矢量水听器；三维同振球型质点振速水听器
水声发射换能器
分类
按功能分
标准发射器
互易换能器
一般辅助发射器
按构造原理与使用材料
压电型发射换能器
动圈型发射换能器
压电型
平面圆盘形，柱形，球形
工作频率范围
压电元件谐振频率以下的弹性控制频段内
频响特征
与频率平方成正比，频响曲线斜率为12dB
低频段，发送电流响应与频率成正比，频响曲线斜率为6dB
压电陶瓷适用于高声频与低超声频，压电晶体适用于100kHz以上的范围
声屏蔽特征
工作在10MPa以上时，采取措施防止声波入射到压电元件上引起声屏蔽问题
采用体积膨胀压电材料
采用很低或很高声阻抗的障板
采用圆柱形或圆球形压电元件，仅露出一个表面
F27型、F30型、G23型、柱形
动圈型
工作原理
电动力效应
频响特性
与结构参数有关，与频率无关
高于动圈换能器谐振频率，低于膜片的弯曲振动谐振频率
充气补偿，是的内部气压与外部静水压平衡，实现膜片的较大的体积位移，以实现在低频上辐射较大声功率
J9型，J11型，J13型，J15-1型，J15-3型
等效声中心
声学测量距离参考基准
遵循声互易定理，在收、发状态下声中心是相同的
对称性较大的换能器（球形、柱形）的声中心是对称中心
一般情况换能器（尺寸大于波长)——通过测量传播距离损失来测定
取向坐标
坐标系
坐标原点：换能器的有效声中心
坐标轴：左旋极坐标系
取向
XYZ轴的确定
球形：正Z轴与电缆引线重合，正X轴与换能器指向性一致。
柱形：正Z轴与直线或圆柱轴重合，正X轴与换能器指向性一致
平面：正Z轴为辐射面的法线方向，正X轴与换能器指向性一致
测量前准备
换能器表面处理
清洁剂的选择，清洁方法，浸润方法
固定支架的使用
足够强度；尺寸越小越细；固定位置避开振动部位；
电缆的影响
避免电缆卷浮在换能器周围
测量环境与换能器的选用
海上
场地开阔（类似于自由场）； 环境复杂多变； 大型声呐、基阵的实测；
湖上
自由场；环境更稳定； 锚泊趸船、码头； 低频、大尺寸换能器；
室内
全天候； 尺寸受限，反射影响大， 低频测量受限；小型换能器；
测量配套仪器的准备
信号形式
正弦脉冲、正弦连续、白噪声
信号强度
发射端使用功放， 接收端使用测量放大器
滤波要求
调节带宽，提高信噪比
避免工频干扰或电串漏
做好接地、屏蔽
布放方法
对称负载布放
对称性小型换能器
不平衡负载布放
不对称负载布放
谭浩 201980010023
