一种半消声水罐中测量超声功率的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种半消声水罐中测量超声功率的装置及方法，主要包括半消声水罐和电子仪表，半消声水罐包括带有刻度线的透明圆管、上盖板和下盖板，反射靶由定位于上盖板的细链固定后悬浮在半消声水罐内，超声发射器固定在上盖板的中部位置的水面上，超声发射器的辐射面没入水下，自半消声水罐上方向下发射，用于密封透明圆管底部的下盖板上敷贴有吸声材料层，吸收入射到下盖板的声波。本发明有益的效果：利用反射靶在此水罐内开展超声功率测量，在满足一定的距离条件下，可以避免反射波对测量结果产生影响，使测量过程清晰可辨，利用本成果开展超声功率测量，具有随时掌握现场状态，剖析异常，提高测量有效性和工作效率的显著特点。
【专利说明】一种半消声水罐中测量超声功率的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超声功率测量领域，更确切地说，是一种半消声水罐中测量超声功率 的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 声功率是发射换能器和基阵设计的主要技术指标之一，常用的校准方法有声压 法、声强法和近场法。而对于几百kHz水声发射器声功率的校准，随着频率增高，波长变短， 指向性变得更尖锐，远场测量距离更远，对检测水听器的尺寸、一致性和线度都提出了更高 的要求，常用的校准方法已不太适用。
[0003] 国际电工委员会的超声技术委员会推荐辐射压力法为兆赫兹频率范围内液体中 超声功率测量的方法。辐射压力法是一种绝对的基本测量技术，没有近场和远场的限制，能 直接测得总的辐射声功率值，且测量装置简单，易于操作和校准。利用反射靶进行功率测量 时，充满水的测量水罐内要布置辐射声波的发射器和能截取全部辐射力的反射靶。通常为 了避免侧壁反射波对测量结果的影响，水罐圆周和上下内表面都要贴敷吸声材料。准备工 作阶段，只能从水罐上部观察、调整靶的初始状态；全覆盖状态下，发射器与反射靶的距离 无法确认，太近，会使反射波直接回到发射器表面，而工作距离太远，反射靶可能就无法截 取到绝大多数的辐射声波，这样就会影响校准结果，因此一般需要改变多个距离测量数据 来确保结果的准确性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种半消声水罐中测量超声 功率的装置及方法，它是超声功率测量中不可或缺的实用方法之一，在避免反射波对测量 结果影响的前提下，使测量过程清晰可辨，可随时掌握现场状态，剖析异常。
[0005] 本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种半消声水罐中测量超声功率的 装置，主要包括半消声水罐和电子仪表，半消声水罐包括带有刻度线的透明圆管、上盖板和 下盖板，反射靶由定位于上盖板的细链固定后悬浮在半消声水罐内，超声发射器固定在上 盖板的中部位置的水面上，超声发射器的辐射面没入水下，自半消声水罐上方向下发射，用 于密封透明圆管底部的下盖板上敷贴有吸声材料层，吸收入射到下盖板的声波，上盖板下 表面的空闲位置敷贴有吸声材料层，吸收入射到上盖板的声波；辐射出来的信号大部分经 由反射靶反射，到达半消声水罐侧壁后再次反射到达水面，被吸声材料层所吸收，电子仪表 通过检测反射靶所受到的辐射力计算出辐射声功率值。
[0006] 所述的反射靶包括底靶和反射膜，为圆锥形凹形全反射靶，靶面直径至少为超声 发射器直径的1. 5倍。
[0007] 所述电子仪表由微力测量设备组成，采用精密分析天平或位移检测设备。
[0008] 该装置还包括减振系统和力稳定系统，其中减振系统用来降低系统的谐振频率， 减少环境振动干扰影响；力稳定系统用于消除由于温度漂移、水体扰动、水汽蒸发及水槽中 气泡的存在而造成数据不稳定的问题。
[0009] 这种半消声水罐中测量超声功率的装置的测量方法，该方法包括如下步骤：
[0010] 1、计算反射靶到超声发射器之间的最短距离：超声发射器一侧边缘发射的声波经 反射靶反射后恰好从另一边缘穿出而不落在超声发射器上时，超声发射器的辐射面到反射 靶的靶顶之间的距离为从反射靶到超声发射器之间的最短距离Lmin ;
[0011]
【权利要求】
1. 一种半消声水罐中测量超声功率的装置，其特征在于：主要包括半消声水罐（1)和 电子仪表，半消声水罐（1)包括带有刻度线（8)的透明圆管、上盖板（3)和下盖板（5)，反射 靶（2)由定位于上盖板（3)的细链固定后悬浮在半消声水罐（1)内，超声发射器￠)固定 在上盖板（3)的中部位置的水面上，超声发射器￠)的辐射面没入水下，自半消声水罐（1) 上方向下发射，用于密封透明圆管底部的下盖板（5)上敷贴有吸声材料层（7)，吸收入射到 下盖板（5)的声波，上盖板（3)下表面的空闲位置敷贴有吸声材料层（7)，吸收入射到上盖 板（3)的声波；辐射出来的信号大部分经由反射靶（2)反射，到达半消声水罐（1)侧壁后再 次反射到达水面，被吸声材料层（7)所吸收，电子仪表通过检测反射靶（2)所受到的辐射力 计算出辐射声功率值。
2. 根据权利要求1所述的半消声水罐中测量超声功率的装置，其特征在于：所述的反 射靶（2)包括底靶（2-1)和反射膜（2-2)，为圆锥形凹形全反射靶，靶面直径至少为超声发 射器（6)直径的1. 5倍。
3. 根据权利要求1所述的半消声水罐中测量超声功率的装置，其特征在于：所述电子 仪表由微力测量设备组成，采用精密分析天平或位移检测设备。
4. 根据权利要求1所述的半消声水罐中测量超声功率的装置，其特征在于：该装置还 包括减振系统和力稳定系统，其中减振系统用来降低系统的谐振频率，减少环境振动干扰 影响；力稳定系统用于消除由于温度漂移、水体扰动、水汽蒸发及水槽中气泡的存在而造成 数据不稳定的问题。
5. -种采用如权利要求1所述的半消声水罐中测量超声功率的装置的测量方法，其特 征在于：该方法包括如下步骤： (1) 计算反射靶（2)到超声发射器（6)之间的最短距离：超声发射器（6) -侧边缘发 射的声波经反射靶（2)反射后恰好从另一边缘穿出而不落在超声发射器（6)上时，超声发 射器（6)的辐射面到反射靶（2)的靶顶之间的距离为从反射靶（2)到超声发射器（6)之间 的最短距尚Lmin ;
式⑴中，d为超声发射器（6)的有效尺寸，2Θ为反射靶⑵的圆锥顶角； (2) 从半消声水罐（1)的上端开口处倾斜着把超声发射器（6)放入充满水的半消声水 罐（1)中，用夹具固定超声发射器￠)并使辐射面没入水中； (3) 从半消声水罐（1)的侧壁观察超声发射器（6)是否存在不在反射靶（2)的正上方、 辐射面倾斜或附有气泡这些不理想的安装状态，若有，重新安装超声发射器（6)，驱赶气泡 并调整换能器位于反射靶（2)的正上方，辐射面铅直向下； (4) 依靠半消声水罐（1)上的刻度线（8)，上下调整超声发射器￠)，使超声发射器（6) 与反射靶（2)之间的距离为Lmin+5mrn--Lmin+20mrn之间，记下反射靶（2)的初始位置； (5) 超声发射器（6)发射超声波，反射靶（2)在新的位置平衡稳定后，利用读数设备检 测并计算出反射靶（2)的位移X，根据公式
1卩可得到超声发射器（6)的 辐射声功率；式中，P为超声发射器（6)辐射的总声功率，c为超声波在液体中的传播速度， X为反射靶（2)的位移，η为反射靶（2)上细链的数目，P1为细链在水中的密度，HItl为空气 中每米长细链的质量，g为重力加速度，P^为细链在空气中的密度，α为靶面法线与入射 声束之间的夹角。
【文档编号】G01H3/10GK104236693SQ201410414654
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】黄勇军, 王世全, 朱学文 申请人:中国船舶重工集团公司第七一五研究所