PDF《10 MPa 静水压下 20Hz~200kHz》

1 T h ed i a g r a mo fp r i n c i p l e o f r e c i p r o c i t yc a l i b r a t i o n 易常数, 得到被校标准水听器的灵敏度级.其校准 原理图如图1所示. 采用耦合腔互易法进行校准时, 标准水听器的 灵敏度级按公式(

1 ) 计算 M =1

0 l g ZF J +1

0 l g ZH J -

1 0 l g ZF H +1

0 l g J a -1

2 0 (

1 ) 式中: M 为标准水听器J的声压灵敏度级, 单位为 d B, 基准值为1 MV / P a ;

J 0为耦合腔互易常数, 单位 为W/(m・P a

2 ) , 按公式(

2 ) 计算 J a =ω Ca (

2 ) 式中: ω 为角频率, ω=2 π f, f 为测量 频率, 单位为 H z ;

C a 为耦合腔中媒质的声顺, 单位为 m3 / P a . 若耦合腔和换能器的声阻抗远大于腔内媒质的声阻抗, 且腔内无释压材料, 则腔内媒质的声顺按公 式(

3 ) 计算 C a = V ρ c

2 (

3 ) 式中: V 为腔内媒质的体积, 单位为 m3 ;

ρ为腔内媒质的密度, 单位为k g / m3 ;

c为腔内媒质的声速, 单位 为m/s.若校准时取I F= I F ′ , 则公式(

1 ) 可转化为公式(

4 ) M =1

0 l g UF J +1

0 l g UH J -1

0 l g UF H -1

0 l g IH +1

0 l g f+1

0 l g V -1

0 l g ρ-2

0 l g c-1

1 2 (

4 ) 采用自由场互易法进行校准时, 标准水听器J的灵敏度级按公式(

5 ) 计算 M =1

0 l g ZF J +1

0 l g ZH J -1

0 l g ZF H +1

0 l g dF J +1

0 l g dH J -1

0 l g dF H +1

0 l g JS -1

2 0 (

5 ) 式中: M 为J的自由场[ 电压] 灵敏度级, 单位为d B, 基准值为1 MV / P a ;

dF H 、 dH J、 dF J分别为 F与H、 H 与J 、 F与J参考中心间的距离, 单位为 m;

JS为球面波互易常数, 单位为 W / ( m・P a

2 ) , 按公式(

6 ) 计算 JS =

2 ρ f (

6 ) 若校准时取I F= I F ′ 、 dF H =dF J=dH J=d, 则公式(

5 ) 可转化为公式(

7 ) M =1

0 l g UF J +1

0 l g UH J -1

0 l g UF H -1

0 l g IH +1

0 l g d-1

0 l g ρ-1

0 l g f-1

1 7 (

7 )

3 校准设备 图2 耦合腔剖面示意图 F i g .

2 S c h e m a t i cd i a g r a mo f s e c t i o np l a n eo f c o u p l e r 3.

1 耦合腔互易法校准装置 3. 1.

1 耦合腔 耦合腔互易法校准所用声场设施是耦合腔, 腔 体的几何形状为圆柱形, 其剖面示意图如图2所示. 腔体由不锈钢制成, 内半径r大于厚度 t, 腔体长度l 小于腔内液体中被校上限频率对应的声波长度的十 分之一.在2 0H z ~3.

1 5k H z频率范围内, 耦合腔 中声压随声场位置的变化不超 过±0. 3d B.校准 时, 耦合腔应与周围结构和机械设备作隔振处理. 3. 1.

2 装置组成和测量过程 耦合腔互易法校准装置的框图如图3所示.测 量时, 计算机控制信号发生器输出测量所需的信号,

5 5

4 第3期陈毅等:

1 0 MP a静水压下2 0H z ~2

0 0k H z标准水听器校准 通过功率放大器激励发射换能器 F或互易换能器 H 工作, 在耦合腔中产生测量所需的声场.H 或J输 出声信号经前置放大器放大后, 与取样电流一起输入电子开关进行转接, 经测量放大器和滤波器放大、 滤波, 由数字电压表进行读数.示波器用于观察信号波形. 图3 耦合腔互易法校准装置框图 F i g .

3 S h e m a t i cd i a g r a mo f c o u p l e r r e c i p r o c i t yc a l i b r a t i o nf a c i l i t y 3.

2 自由场互易法校准装置 3. 2.

1 高压消声水罐 自由场互易法校准时所用的声场设施是直径4m、 长1 2m 的高压消声水罐, 罐体的几何形状为圆 筒形, 两端为半球体, 呈卧式放置, 其剖面示意图如图4所示.校准时, 高压消声水罐与周围结构和机械 设备隔振, 罐内水质清洁, 无水流影响;