專利名稱：一種大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，具體屬于聲學(xué)(水聲)領(lǐng)域，主要是一種大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代艦艇作戰(zhàn)聲學(xué)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)艦艇聲納水下聲系統(tǒng)中的各類水聲材料構(gòu)件諸如透聲窗、聲障板和吸聲尖劈等提出了更高的要求。一方面，水聲材料構(gòu)件的性能同聲波入射角的關(guān)系非常密切和敏感，這也是目前聲吶在某些波數(shù)方向性能急劇降低的主要原因。但長(zhǎng)久以來(lái)人們一直關(guān)注并致力于提高水聲材料構(gòu)件垂直入射的聲學(xué)性能，對(duì)聲波斜入射時(shí)聲性能的評(píng)價(jià)和測(cè)量缺乏有效的手段。另一方面，隨著探潛聲納工作頻率的不斷降低，為適應(yīng)現(xiàn)代聲吶設(shè)計(jì)的需求，相應(yīng)的水聲材料構(gòu)件應(yīng)用和測(cè)試方法也應(yīng)向著更低頻率發(fā)展。

依據(jù)1993年制訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14369-1993《聲學(xué)水聲材料樣品插入損失和回聲降低的測(cè)量方法》，傳統(tǒng)對(duì)大面積試件非垂直入射透聲測(cè)量的方式為在開(kāi)闊水域(或消聲水池)內(nèi)，將試樣和水聽(tīng)器置于發(fā)射換能器的遠(yuǎn)場(chǎng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)試樣，獲取各個(gè)頻率點(diǎn)各個(gè)入射角度的衰減量，從而計(jì)算插入損失(透聲)的角譜。應(yīng)用傳統(tǒng)的方法，在實(shí)際試樣測(cè)試過(guò)程中，基于避免試樣邊緣衍射的影響，對(duì)測(cè)試最低頻率，測(cè)試角度，測(cè)試樣品尺寸等幾方面都提出了要求。測(cè)試要求在試樣在垂直聲軸面上的最短投影長(zhǎng)度必須大于等于測(cè)試波長(zhǎng)的5倍。那么對(duì)于ImX Im的試樣，垂直入射測(cè)試時(shí)，能夠準(zhǔn)確測(cè)試的最低頻率為7. 5kHz ;隨著試樣的旋轉(zhuǎn)，測(cè)試入射角度的減小，試樣的投影尺寸不斷減小，則測(cè)試的頻率低限不斷地提高，如聲波60°入射試樣時(shí)，有效投影尺度為
O.866m，那么準(zhǔn)確測(cè)量的最低頻率為8. 66kHz。要進(jìn)行低頻大角度的測(cè)試，則對(duì)試樣尺度要求是驚人的。此外，應(yīng)用傳統(tǒng)方法，采用單頻脈沖技術(shù)，需在無(wú)試樣情況下完成所有待測(cè)頻點(diǎn)直達(dá)信號(hào)的采集，再放入試樣，調(diào)整樣品角度，在指定角度，重新發(fā)射單頻信號(hào)，一個(gè)頻率一個(gè)頻率地進(jìn)行采集，再旋轉(zhuǎn)角度，重復(fù)單頻測(cè)試。如果待測(cè)頻點(diǎn)多，待測(cè)角度多，則測(cè)試過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率非常低下。再者，申請(qǐng)人在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于鋼板，鋁板等密度均勻，結(jié)構(gòu)單一的標(biāo)準(zhǔn)試樣，透射測(cè)試時(shí)，水聽(tīng)器宜放置于試樣背后緊挨試樣位置。但多數(shù)水聲材料都有著復(fù)雜結(jié)構(gòu)，由不同基材按比例復(fù)合而成，存在著空腔與基底等不同結(jié)構(gòu)，有著不同結(jié)構(gòu)排布，甚至還有復(fù)雜的支撐框架結(jié)構(gòu)，所以對(duì)于絕大部分水聲材料構(gòu)件，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性必然帶來(lái)透射聲場(chǎng)的復(fù)雜性，對(duì)水下各部件的布放提出了更為苛刻的要求。同時(shí)，準(zhǔn)確地測(cè)量試樣的聲學(xué)性能還需合理地選擇分析時(shí)間窗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)寬帶換能器等硬件配置，提供了一種大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法，設(shè)計(jì)合適的寬帶信號(hào)，合理地布置聲場(chǎng)及選擇時(shí)間窗，很好地解決了上述問(wèn)題，該發(fā)明未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。該發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題包括I)實(shí)現(xiàn)水聲材料構(gòu)件低頻，透聲性能的角譜測(cè)量。最大程度克服測(cè)試最低頻率，測(cè)試角度，測(cè)試樣品尺寸等幾方面的矛盾。2)解決傳統(tǒng)方法效率低下的問(wèn)題，大幅提高工作效率。3)突破傳統(tǒng)方法對(duì)簡(jiǎn)單試樣的測(cè)試能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜構(gòu)件透聲性能的角譜測(cè)量。本發(fā)明所述的這種大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法，先測(cè)量未放入樣品時(shí)，水聽(tīng)器接收的時(shí)域信號(hào)為參考信號(hào)Pi (t);在水聽(tīng)器和發(fā)射換能器之間放入樣品后，調(diào)整聲入射角度Θ，采集水聽(tīng)器信號(hào)為透射信號(hào)Pt(0，t);根據(jù)公式(I)計(jì)算試樣Θ角度入射時(shí)樣品透射系數(shù)τ( Θ，f)，電動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)樣品調(diào)整入射角度，直至測(cè)完全部入射角度透射 系數(shù)，獲得樣品的透聲性能的角譜分布；
權(quán)利要求
1.一種大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法，其特征在于先測(cè)量未放入樣品時(shí)，水聽(tīng)器接收的時(shí)域信號(hào)為參考信號(hào)Pi(t);在水聽(tīng)器和發(fā)射換能器之間放入樣品后，調(diào)整聲入射角度e，采集水聽(tīng)器信號(hào)為透射信號(hào)Pt(e，t);根據(jù)公式(I)計(jì)算試樣e角度入射時(shí)樣品透射系數(shù)T( 0，f)，電動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)樣品調(diào)整入射角度，直至測(cè)完全部入射角度透射系數(shù)，獲得樣品的透聲性能的角譜分布；
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法，其特征在于所述的發(fā)射換能器為大面積圓形平面基陣，換能器基元設(shè)計(jì)為諧振頻率為8kHz的縱向振動(dòng)換能器，能夠在f = 2kHz 20kHz頻段內(nèi)使用，陣上共布有29只換能器，發(fā)射陣有效工作面直徑為の660mm，外徑為の670mm，總重量125kg，在透聲性能角譜測(cè)試中，能夠使入射聲波集中入射到樣品邊緣之內(nèi)，試樣中央的入射波聲壓高于邊緣的入射波聲壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法，其特征在于設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)樣品透聲角譜測(cè)量的聲場(chǎng)布置，把聲場(chǎng)看成透過(guò)樣品，由樣品上的許多的面元發(fā)出的聲波互相疊加、干渉的結(jié)果，形成具有極大、極小的周期性起伏的聲場(chǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法，其特征在于聲學(xué)測(cè)試選擇在聲場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行，樣品透聲聲場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的過(guò)渡位置是與被測(cè)樣品的最小重復(fù)結(jié)構(gòu)周期和測(cè)量波長(zhǎng)有關(guān)的最小重復(fù)周期的最大尺度越大，測(cè)量波長(zhǎng)越小，則遠(yuǎn)場(chǎng)位置越遠(yuǎn)；對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)樣品，通過(guò)在聲軸線上測(cè)量軸向聲壓與距離的變化曲線，確定遠(yuǎn)場(chǎng)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法，其特征在于設(shè)計(jì)水下聲場(chǎng)布置時(shí)，需要確定各水下信號(hào)來(lái)源，通過(guò)各部件的合理布置，在時(shí)域上將干擾信號(hào)與有用信號(hào)隔離開(kāi)來(lái)，時(shí)間窗選取時(shí)剔除干擾信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大面積水聲材料透聲性能角譜的測(cè)量方法。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)具有一定指向性，隨頻率起伏小的寬帶換能器以及設(shè)計(jì)反濾波壓縮脈沖信號(hào)，使試樣最低測(cè)試頻率降為常規(guī)方法的1/2.5；通過(guò)寬帶測(cè)試技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，大幅提高了工作效率，使測(cè)試時(shí)間縮短為常規(guī)方法的幾分之一甚至幾十分之一；通過(guò)合理地聲場(chǎng)布置，選擇合適的時(shí)間窗，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜構(gòu)件透聲角譜的測(cè)量。本發(fā)明有益的效果是1)實(shí)現(xiàn)水聲材料構(gòu)件低頻，透聲性能的角譜測(cè)量。最大程度克服測(cè)試最低頻率，測(cè)試角度，測(cè)試樣品尺寸等幾方面的矛盾；2)解決傳統(tǒng)方法效率低下的問(wèn)題，大幅提高工作效率；3)突破傳統(tǒng)方法對(duì)簡(jiǎn)單試樣的測(cè)試能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜構(gòu)件透聲性能的角譜測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102818850SQ201210317018
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者易燕, 李水, 杜紀(jì)新, 羅馬奇, 吳友亮 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所