高压功率放大器在声学性能测试中的应用

实验名称：换能器基阵的声学性能测试

研究方向：水声测量

实验目的：基于水声换能器的电学以及声学特性参数的测试，利用互易法进行自动检测重点研究了并且通过利用单频点检测指向性的基础理论，来研究利用多频点同时检测指向性的自动测试方式。

测试设备：ATA-4012B高压功率放大器，信号发生器，试件，示波器。

实验过程：计算机和信号源、阴极射线示波器以及回转系统之间建立连接，通过计算机来完成控制。信号源为整个系统提供输入，即提供驱动信号，但是因为其输出的信号通常都比较小，达不到直接驱动换能器工作的条件,因此要先利用功率放大器将其所产生的信号放大至足以驱动换能器的程度;水听器是在水下接收由发射换能器发出的，并且在水中进行传播后的信号以及可能由于反射在水中与其他物体碰撞所产生反射噪声信号,通常需要对这一部分信号进行处理，去除影响测量结果的噪声，而且一般来说这种信号都比较小，不便于后期进行测量处理，因此还需要对其进行放大信号，综合考虑采用滤波放大器即可完成。在进行测量指向性时，为了使得发射换能器进行角度的扫面，因此使用回转系统带动换能器转动，以利于达到测量不同方向的目的。在进行互易法自动测量时为了保证互易性，进行两两之间的测试，使用开关模块用于自动切换换能器的开关状态。

图：实验原理图

本测试系统中所用到的仪器主要包含信号器、阴极射线示波器、功率放大器、滤波放大器和控制转台的回转系统，该回转系统主要测量换能器的指向性，用于改变水声换能器在水下的发射角度，该回转系统常被用于在水声测量中使用。

实验结果：

第一步的过程如下：接通RO和L1，驱动发射换能器发射声信号，接通R1和L5，在示波器通道一上显示出水听器接收信号，这样就可以在示波器通道一和通道三上得到FJ换能器对之间的电(U)和由电压转换而来的电流(I)数值。

图：第一步FJ换能器对

第二步的过程如下：断开R1和L5，连通R2和L3，在示波器通道二上显示互易换能器接收信号，这样就可以在示波器通道二和通道三上得到FH换能器对之间的电压(U)和由电压转换而来的电流(I)数值。

图：第二步FH换能器对

第三步的过程如下：断开R2和L3，断开RO和L1，连通RO和L3连通R1和L5，驱动互易换能器发射声信号，这样就可以在示波器通道一和通道三上得到HJ换能器对之间的电压(U)和由电压转换而来的电流()。然后利用公式(2-18)得出水听器灵敏度级。

图：第三步HJ换能器对

互易法自动测量灵敏度的软件检测流程，与其他参数测量过程基本相同。先设定好相应的所需参数，手动选择测量区域，由起始频率开始进行循环测量，每次的测量过程都按照发送信号、设置范围、读取电压/电流、计算灵敏度、绘图、改变频率这一流程重复执行，直到达到终止频率，完成所有测量。

图：最终实验结果

选择该功率放大器的原因：电压精准度高、带宽高、输出波形好、操作简单、调节方便。

图：ATA-4012B高压功率放大器指标参数

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