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,船舶導航,水下作業(yè),海JUN聲納系統(tǒng)等科研,生產和國防領域。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，位于開口水腔底部的聲源F在電壓U的激勵下，在水腔中產生均勻的聲壓；同時位于水腔中適當位置的待測換能器X和標準水聽器P，在相同聲壓作用下各自產生開路電壓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)測量聲場的產生，測量使用單頻正弦波。

三、系統(tǒng)構成

                                                  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，信號調理器通過USB接口與控制計算機相連。
信號調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，在測量腔中產生所需要的測量聲場；前置放大模塊接收標準水聽器或待測檢波器的開路輸出電壓信號，進行阻抗轉換和放大后，通過濾波器濾波，提高測量的信噪比，最后輸入數(shù)字采集板行轉換，測得標準水聽器和被測檢波器的開路輸出電壓Uo和Ux，利用已知的標準水聽器的靈敏度數(shù)據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，可以是水，也可以是輕蠟油等其他液體，腔體內的環(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，用于產生校準所需的聲場，另外還有排水孔，可以排放腔體內的測量介質；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)測量聲場的產生。電動換能器的結構示意圖如圖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腔中適當?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°范圍內無指向性。
2、靈敏度高，響應平坦。
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)設置子程序等程序模塊，各部分均采用模塊化結構，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，打開信號調理器和計算機，預熱15分鐘以上；
2． 將標準水聽器和被校換能器安裝到測量腔內，驅除附著的氣泡；
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． 測量結束，根據需要打印測試結果，將數(shù)據存盤；
7． 取出被校件和標準水聽器，關閉測試系統(tǒng)。

五、注意事項

測試前應提早用清潔水充滿測試水腔，并在安裝水聽器前將腔內氣泡排除干凈。用無腐蝕作用的洗滌劑清洗標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。使用同時比較法時，待測換能器和標準水聽器的聲中心應盡可能位于同一水平面中。在安裝過程中應避免帶入氣泡，執(zhí)行程控測量程序，進行自動測量。