一、系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)也叫壓電水聽(tīng)器低頻靈敏度測(cè)試裝置，水聽(tīng)器是探測(cè)水下聲音信號(hào)的傳感器,廣泛用于水文測(cè)量,海底探測(cè),水下生物種群監(jiān)測(cè),海洋石油勘探,船舶導(dǎo)航,水下作業(yè),海JUN聲納系統(tǒng)等科研,生產(chǎn)和國(guó)防領(lǐng)域。對(duì)性能的測(cè)試是其研制和使用中的重要環(huán)節(jié),尤其是低頻靈敏度測(cè)試，本公司供應(yīng)的壓電水聽(tīng)器低頻靈敏度測(cè)試系統(tǒng)完mei地解決了該問(wèn)題。
二、測(cè)試方法
在一個(gè)充滿液體的剛性水腔內(nèi)，位于開(kāi)口水腔底部的聲源F在電壓U的激勵(lì)下，在水腔中產(chǎn)生均勻的聲壓；同時(shí)位于水腔中適當(dāng)位置的待測(cè)換能器X和標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器P，在相同聲壓作用下各自產(chǎn)生開(kāi)路電壓Ux和Uo。通過(guò)電壓測(cè)量裝置分別測(cè)量這兩個(gè)開(kāi)路電壓Ux和Uo，則待測(cè)換能器的聲壓靈敏度級(jí)可以由下式求出：Mx=20Lg（Ux/Uo）+Mo

式中：Mo——標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器的靈敏度級(jí)，單位為dB（基準(zhǔn)值1V/Pa）。
密閉腔的工作頻率范圍是10 Hz~800 Hz，使用電動(dòng)換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量聲場(chǎng)的產(chǎn)生，測(cè)量使用單頻正弦波。

三、系統(tǒng)構(gòu)成

                                                  靈敏度低頻測(cè)試系統(tǒng)的原理框圖

如圖1所示，由測(cè)試腔體、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)字采集板、控制計(jì)算機(jī)和自動(dòng)測(cè)試軟件組成，信號(hào)調(diào)理器通過(guò)USB接口與控制計(jì)算機(jī)相連。
信號(hào)調(diào)理器由前置放大模塊、跟蹤濾波模塊和功率放大模塊組成。數(shù)字采集板產(chǎn)生測(cè)量所需的頻率信號(hào),通過(guò)功率放大模塊放大后作用于發(fā)射換能器，在測(cè)量腔中產(chǎn)生所需要的測(cè)量聲場(chǎng)；前置放大模塊接收標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器或待測(cè)檢波器的開(kāi)路輸出電壓信號(hào)，進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換和放大后，通過(guò)濾波器濾波，提高測(cè)量的信噪比，最后輸入數(shù)字采集板行轉(zhuǎn)換，測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器和被測(cè)檢波器的開(kāi)路輸出電壓Uo和Ux，利用已知的標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器的靈敏度數(shù)據(jù)Mo，由公式（1）就可以求得被測(cè)水聽(tīng)器的靈敏度。
自動(dòng)測(cè)量軟件是由計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口控制信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)和信號(hào)接收測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行操作，最后由計(jì)算機(jī)打印輸出測(cè)量結(jié)果。程控測(cè)量軟件是采用通用的操作軟件平臺(tái)（Windows）和通用語(yǔ)言（Visual Basic）設(shè)計(jì)、編制的。為便于操作、選擇和管理，軟件采用主菜單和子菜單的方式（見(jiàn)圖2）。主菜單上有文件管理、參數(shù)設(shè)置、測(cè)量選擇、信號(hào)察看和幫助信息等子菜單項(xiàng)，多數(shù)功能具有快捷按鈕。

                         圖2  程控測(cè)量軟件模塊框架圖

3.1、 測(cè)試腔

測(cè)量腔選用不銹鋼材料，外徑為440mm，壁厚20mm，高度400mm左右，由儲(chǔ)水腔、測(cè)量腔體、上蓋板和底座組成，測(cè)量腔體上端開(kāi)口，用于標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器和被測(cè)換能器的安裝，測(cè)量腔體用于盛放測(cè)量介質(zhì)，可以是水，也可以是輕蠟油等其他液體，腔體內(nèi)的環(huán)境與檢波器實(shí)際工作環(huán)境相類似。底座裝有發(fā)射換能器，用于產(chǎn)生校準(zhǔn)所需的聲場(chǎng)，另外還有排水孔，可以排放腔體內(nèi)的測(cè)量介質(zhì)；上蓋板和測(cè)試腔體、測(cè)試腔體和底座用法蘭盤和端面密封圈連接密封，便于安裝和維護(hù)。

3.2、發(fā)射換能器

測(cè)量腔的工作頻率范圍是10Hz~800Hz，使用電動(dòng)換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量聲場(chǎng)的產(chǎn)生。電動(dòng)換能器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，體積比較小，可以方便地安裝在校準(zhǔn)腔底部。本裝置電動(dòng)換能器的工作深度只有不到0.5m水深，靜水壓力不大，因此，我們將電動(dòng)換能器內(nèi)腔中適當(dāng)?shù)丶右稽c(diǎn)正壓力來(lái)補(bǔ)償靜水壓。為減小振動(dòng)耦合，電動(dòng)換能器和底板、底板和管壁之間都需要進(jìn)行隔振處理。

3.3、標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器

具有特點(diǎn)：
1、方向性好。水聽(tīng)器水平無(wú)指向性，垂直平面240°范圍內(nèi)無(wú)指向性。
2、靈敏度高，響應(yīng)平坦。
3、穩(wěn)定性好、可靠性高。水聽(tīng)器有良好的溫度、壓力、時(shí)間穩(wěn)定性，可靠性高，適合用作水聲校準(zhǔn)。

參數(shù)說(shuō)明：

工作頻率范圍：10Hz～50kHz
低頻接收靈敏度：－193dB（不帶前置放大）
水平指向性：±1.5dB（50kHz）
垂直指向性：±2.0dB（50kHz，240°范圍）
最大工作深度：500米

3.4、系統(tǒng)測(cè)試軟件

壓電水聽(tīng)器低頻靈敏度測(cè)試系統(tǒng)軟件的菜單分為控制子程序、儀表控制子程序、測(cè)試參數(shù)設(shè)置子程序等程序模塊，各部分均采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于軟件的維護(hù)。同時(shí)軟件將配置錯(cuò)誤檢測(cè)程序，以便操作人員迅速查找系統(tǒng)故障、及時(shí)解決問(wèn)題。
系統(tǒng)主程序流程框圖如下：

四、系統(tǒng)測(cè)試步驟

1． 檢查儀表連線，打開(kāi)信號(hào)調(diào)理器和計(jì)算機(jī)，預(yù)熱15分鐘以上；
2． 將標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器和被校換能器安裝到測(cè)量腔內(nèi)，驅(qū)除附著的氣泡；
3． 運(yùn)行“測(cè)量程序”；
4． 在計(jì)算機(jī)上填寫被測(cè)件的信息，并輸入需要測(cè)試的頻率；
5． 開(kāi)始測(cè)量，同時(shí)注意觀察測(cè)量過(guò)程中有無(wú)異常現(xiàn)象；
6． 測(cè)量結(jié)束，根據(jù)需要打印測(cè)試結(jié)果，將數(shù)據(jù)存盤；
7． 取出被校件和標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器，關(guān)閉測(cè)試系統(tǒng)。

五、注意事項(xiàng)

測(cè)試前應(yīng)提早用清潔水充滿測(cè)試水腔，并在安裝水聽(tīng)器前將腔內(nèi)氣泡排除干凈。用無(wú)腐蝕作用的洗滌劑清洗標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器和待測(cè)換能器的工作面，并在水中至少浸泡半小時(shí)，然后將其固定于測(cè)量水腔內(nèi)。使用同時(shí)比較法時(shí)，待測(cè)換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器的聲中心應(yīng)盡可能位于同一水平面中。在安裝過(guò)程中應(yīng)避免帶入氣泡，執(zhí)行程控測(cè)量程序，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。