一、系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)也叫壓電水聽器低頻靈敏度測試裝置，水聽器是探測水下聲音信號的傳感器,廣泛用于水文測量,海底探測,水下生物種群監(jiān)測,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)和國防領(lǐng)域。對性能的測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試，本公司供應(yīng)的壓電水聽器低頻靈敏度測試系統(tǒng)完mei地解決了該問題。
二、測試方法
在一個充滿液體的剛性水腔內(nèi)，位于開口水腔底部的聲源F在電壓U的激勵下，在水腔中產(chǎn)生均勻的聲壓；同時位于水腔中適當(dāng)位置的待測換能器X和標(biāo)準水聽器P，在相同聲壓作用下各自產(chǎn)生開路電壓Ux和Uo。通過電壓測量裝置分別測量這兩個開路電壓Ux和Uo，則待測換能器的聲壓靈敏度級可以由下式求出：Mx=20Lg（Ux/Uo）+Mo

式中：Mo——標(biāo)準水聽器的靈敏度級，單位為dB（基準值1V/Pa）。
密閉腔的工作頻率范圍是10 Hz~800 Hz，使用電動換能器來實現(xiàn)測量聲場的產(chǎn)生，測量使用單頻正弦波。

三、系統(tǒng)構(gòu)成

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

如圖1所示，由測試腔體、信號調(diào)理器、數(shù)字采集板、控制計算機和自動測試軟件組成，信號調(diào)理器通過USB接口與控制計算機相連。
信號調(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)生測量所需的頻率信號,通過功率放大模塊放大后作用于發(fā)射換能器，在測量腔中產(chǎn)生所需要的測量聲場；前置放大模塊接收標(biāo)準水聽器或待測檢波器的開路輸出電壓信號，進行阻抗轉(zhuǎn)換和放大后，通過濾波器濾波，提高測量的信噪比，最后輸入數(shù)字采集板行轉(zhuǎn)換，測得標(biāo)準水聽器和被測檢波器的開路輸出電壓Uo和Ux，利用已知的標(biāo)準水聽器的靈敏度數(shù)據(jù)Mo，由公式（1）就可以求得被測水聽器的靈敏度。
自動測量軟件是由計算機通過USB接口控制信號發(fā)射系統(tǒng)和信號接收測量系統(tǒng)進行操作，最后由計算機打印輸出測量結(jié)果。程控測量軟件是采用通用的操作軟件平臺（Windows）和通用語言（Visual Basic）設(shè)計、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（見圖2）。主菜單上有文件管理、參數(shù)設(shè)置、測量選擇、信號察看和幫助信息等子菜單項，多數(shù)功能具有快捷按鈕。

                         圖2  程控測量軟件模塊框架圖

3.1、 測試腔

測量腔選用不銹鋼材料，外徑為440mm，壁厚20mm，高度400mm左右，由儲水腔、測量腔體、上蓋板和底座組成，測量腔體上端開口，用于標(biāo)準水聽器和被測換能器的安裝，測量腔體用于盛放測量介質(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)生校準所需的聲場，另外還有排水孔，可以排放腔體內(nèi)的測量介質(zhì)；上蓋板和測試腔體、測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。

3.2、發(fā)射換能器

測量腔的工作頻率范圍是10Hz~800Hz，使用電動換能器來實現(xiàn)測量聲場的產(chǎn)生。電動換能器的結(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腔底部。本裝置電動換能器的工作深度只有不到0.5m水深，靜水壓力不大，因此，我們將電動換能器內(nèi)腔中適當(dāng)?shù)丶右稽c正壓力來補償靜水壓。為減小振動耦合，電動換能器和底板、底板和管壁之間都需要進行隔振處理。

3.3、標(biāo)準水聽器

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

參數(shù)說明：

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)測試軟件

壓電水聽器低頻靈敏度測試系統(tǒng)軟件的菜單分為控制子程序、儀表控制子程序、測試參數(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。同時軟件將配置錯誤檢測程序，以便操作人員迅速查找系統(tǒng)故障、及時解決問題。
系統(tǒng)主程序流程框圖如下：

四、系統(tǒng)測試步驟

1． 檢查儀表連線，打開信號調(diào)理器和計算機，預(yù)熱15分鐘以上；
2． 將標(biāo)準水聽器和被校換能器安裝到測量腔內(nèi)，驅(qū)除附著的氣泡；
3． 運行“測量程序”；
4． 在計算機上填寫被測件的信息，并輸入需要測試的頻率；
5． 開始測量，同時注意觀察測量過程中有無異?，F(xiàn)象；
6． 測量結(jié)束，根據(jù)需要打印測試結(jié)果，將數(shù)據(jù)存盤；
7． 取出被校件和標(biāo)準水聽器，關(guān)閉測試系統(tǒng)。

五、注意事項

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