[实用新型]一种用于声学计量的消声水池

说明书

本实用新型公开了一种用于声学计量的消声水池。该装置主要由水池体、吸声材料层、机械装置和控制系统组成。水池结构采用钢筋防水混凝土；吸声材料层采用吸声尖劈，水池内部装有带挂钩钢条，将吸声尖劈装在塑料壳体内挂在挂钩内，池底直接铺设吸声尖劈壳体，吸声材料层厚约250mm。机械装置分为自动扫描装置和安装平台，自动扫描装置用于水听器的扫描运动控制，采用龙门式四自由度直线模组结构，可实现X、Y、Z三轴的平移及绕Z轴的自动旋转，安装平台用于安装标准声源或被校准换能器、阵列。该装置主要用于水声、超声换能器及其阵列的性能测试校准，材料声性能测试及声学测试计量方法研究；有效地保证了测量精度，扩大了测量范围。

技术领域

本实用新型属于声场测量技术领域，具体是一种水声测量装置。

背景技术

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。

超声波具有机械效应，空化效应、热效应以及其他生物化学效应。当聚焦换能器辐射量Q达到一定强度是，不仅产生热效应，还可能产生破坏性的空化效应，辐射剂量Q与声功率有关：

Q＝E×t

其中E为声功率，t为作用时间。升功率大小尤为重要，声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积额声能量，在聚焦超声中人们关心的是焦点出平面的声功率。声功率不能再声场中某一位置直接测得，只能通过间接地方法测量，常用的测量方法有辐射力法、激光干涉法声压法等。

辐射力法这种方法出现最早，目前国内普遍使用的用来测量超声输出声功率的各种产品大多是基于这种原理开发的。它是根据超声计量学基本原理，超声信号作用于被测场中接收靶上，利用在接收靶上的力和功率的关系计算得到声功率，但是这种设备对接收靶的大小、接收靶的测量位置要求较高，而且这红设备制造成本较高。

激光干涉法是通过测量辐射声源和力学参量来确定辐射声功率。测定辐射声源表面的位移振幅来确定辐射功率。但是这种方法对光学设备的要求较高，而且不同类型的发声探头测量不具有普遍性，对于一些探头还需进一步研究获得其声阻抗表达式。

声压法的基础利用水听器对设备的辐射声场进行扫描获得其声压，然后通过积分获得其声功率，测量较简便。但是由于聚焦换能器的能量会聚作用，焦点出的声压较大，直接用水听器在焦点区域进行测量会对水听器造成不可修复的破坏，增加了测量成本。对于测量装置，在使用水听器对水声换能器的声场进行测量时，为保证水听器接收到的信号是通过控制装置装有水听器的机械结构在水下运动和扫描，因此，实现在声场中水听器三维运动以及保证位移精度尤为重要。实用新型专利CN201520242815.0涉及一种水声聚焦换能器声功率测量装置。本实用新型中的高精度机械运动装置包括水听器自动运动控制部分和聚焦换能器手动运动控制部分。信号发生器产生脉冲信号通过功率放大器之后激励聚焦换能器向水中辐射声波。水听器接收的信号经过前置放大后，由数字示波器进行显示。但其装置中第二运动机构由手动驱动，其精度较低，同时装置尺寸较小且没有消声层，因此可采用的超声波频率太过有限且测量精度低。

声学研究和应用中需要用到声压、声强和声功率等声学量，而最基本的、使用广泛的量是声压。为了检测声场并能准确地测量声场中各点的自由场声压，需要有声压测量仪或标准水听器，因为声压测量仪通常是由标准水听器、测量放大器和滤波器组成，其关键部件是标准水听器。然而，标准水听器并不是单靠精心的设计和制作就能完成的，它还必须通过精确地校准之后才能成为一个标准水听器，因此，水听器的灵敏度校准在声学测量中占据了重要的地位。

水下声学构件是水深工程中使用广泛且至关重要的水下部件，不同的应用背景对材料声学性能有特殊的要求，随着材料科学的进步，黏弹性高分子材料等高性能吸声新材料在隔声减振、吸声降噪等水声工程领域的应用日益广泛，因此，对该类材料在水声使用环境中的声学参数测量变得尤为重要。

发明内容