基于近场测量法的水下声场测量系统的研究

发布时间：2017-07-15 12:25

  本文关键词：基于近场测量法的水下声场测量系统的研究

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【摘要】：近年来水下探测用的水声换能器向着大尺寸、大功率的方向发展,在对其远场性能进行测量评价时,往往受到水下空间大小的限制;在聚焦声场焦点参数的测量上,由于能量较大容易损坏水听器等测量设备。为解决上述声场测量中存在的问题,引入一种新的水下声场测量技术——近场测量法,通过对近场平面和焦点之前平面处声场的测量分别预测远场和焦点处的声场分布。设计并搭建水下声场测量系统,开展了相关的理论与实验研究。第一章阐述了论文研究的背景和意义,综述了水下声场测量方法和近场测量技术的研究现状,并对论文的主要内容进行了概述。第二章介绍了理想声场环境的条件和水下声传播方程,并阐述了Helmholtz-Kirchhoff定理,同时根据特定边界条件下的Helmholtz-Kirchhoff方程引出了近场测量技术,并根据实际测量条件推导出了近场测量技术中声场参数的离散表达式,并对平面活塞换能器辐射声场进行了仿真研究。第三章对整个系统的硬件组成部分进行了选型、设计,分别介绍了系统硬件中的机械结构的组成、运动控制卡的参数特点、发射信号的形式、接收信号的选取。第四章对水下声场测量系统的软件平台进行设计,对软件系统中运动控制的功能特点、声场测量的流程等进行了详细说明,并通过Lab VIEW与MATLAB的混合编程整合近场测量计算与声场扫描功能。第五章分别对平面活塞换能器和聚焦换能器的辐射声场进行全息测量,利用近场测量理论对远场或焦点处的声场分布进行预测、重建,并与实际测量结果对比,分析了近场测量法的可靠性,并对系统的不确定度进行了全面的分析。第六章对论文进行总结,并指出了一些不足之处。
【关键词】：水下声场 近场测量法 水声换能器 Lab VIEW
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB56
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• abstract7-13
• 1 绪论13-22
• 1.1 引言13-14
• 1.2 论文研究背景及意义14-15
• 1.3 相关技术的国内外研究现状15-19
• 1.3.1 水下声场测量方法的研究现状15-18
• 1.3.2 近场测量技术的研究现状18-19
• 1.4 论文研究的主要内容19-22
• 2 近场测量法的理论研究22-34
• 2.1 声场的基本理论22-26
• 2.1.1 理想声场环境的描述22-23
• 2.1.2 声场中的波动方程23-24
• 2.1.3 Helmholtz-Kirchhoff方程24-26
• 2.2 近场测量技术26-29
• 2.2.1 在特定边界条件下的Helmholtz-Kirchhoff方程27-28
• 2.2.2 近场声全息技术28-29
• 2.3 近场测量技术的离散算法29-32
• 2.3.1 离散算法的特定条件30-31
• 2.3.2 声场参数的离散表达式31-32
• 2.4 平面活塞换能器辐射声场的仿真研究32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 水下声场测量系统硬件平台的搭建34-40
• 3.1 系统简介34-35
• 3.2 系统的硬件设计35-39
• 3.2.1 机械结构35-36
• 3.2.2 运动控制36-37
• 3.2.3 信号源37-38
• 3.2.4 数据采集38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 4 软件平台的设计40-50
• 4.1 LabVIEW软件简介40-41
• 4.2 基于LabVIEW驱动的运动控制研究41-42
• 4.3 声场测量系统软件设计42-49
• 4.3.1 运动控制43-44
• 4.3.2 一维测量44-46
• 4.3.3 二维测量46-47
• 4.3.4 声场可视化47-48
• 4.3.5 近场测量计算48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 水下声场测量系统实验研究50-62
• 5.1 平面活塞换能器辐射声场的测量研究50-54
• 5.1.1 实验目的50
• 5.1.2 实验设备及注意事项50-52
• 5.1.3 实验过程52
• 5.1.4 实验结果分析52-54
• 5.2 聚焦换能器辐射声场的测量研究54-58
• 5.2.1 实验目的54
• 5.2.2 实验设备及注意事项54-56
• 5.2.3 实验过程56-57
• 5.2.4 实验结果分析57-58
• 5.3 测量系统不确定度分析58-60
• 5.3.1 A类不确定度的评定58-59
• 5.3.2 B类不确定度的评定59-60
• 5.3.3 不确定度评定结果讨论60
• 5.4 本章小结60-62
• 6 总结与展望62-64
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-64
• 参考文献64-67
• 附录A 水下声场测量系统实物图67-68
• 作者简介68

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本文编号：543869