声学实验III声学测量

发布时间:2015-08-13浏览次数:238

一、实验基本信息

课程编号201405215

中文名称声学实验III声学测量

英文名称Acoustic experiments III Acoustical measurements

课程性质专业实践环节

面向专业:电子信息工程(水声)、水声工程

开设学期65

课程总学时48

实验学时48

是否独立设课:是

二、实验目的和任务

声学实验III声学测量一门基础实验课程,具有基础理论与实验技术相结合的特点,它是电子信息工程(水声)和水声工程专业培养声学测量基本技能的唯一基本实验课程,可直接为工程技术服务,解决工程实际问题。通过声波的发射和接收认知实验,让学生掌握水声常用信号的发射与接收,掌握水下声波发射和接收换能器实验室条件下布放距离的确定方法,掌握实验室条件下自由场形成的原理与方法;通过平面活塞辐射器的声场辐射特性测试实验,帮助学生理解平面波辐射下的远场、近场、自由场、混响场等抽象概念的实际物理意义;通过水声换能器的灵敏度与发送响应测试实验,帮助学生掌握换能器正确的发射和接收使用方法,加深理解换能器发送电压响应、灵敏度、指向性等概念;通过水声换能器的振动液柱法测量实验,帮助学生掌握低频水声换能器声学性能参数测量原理与方法;通过水声换能器基阵特征参数测量实验,掌握实验室有限空间下水声换能器基阵声性能参数的测试方法;通过声传播损失的测量实验、水下环境和辐射噪声采集和分析实验、目标强度和等效平面波混响级测量实验、主动声纳和(或)被动声纳原理性实验让学生加深理解主被动声呐方程、水下目标强度特性、水下环境噪声等与工程实际应用紧密结合的水声学知识点;通过交通噪声实时监测实验,帮助学生掌握空气声学中环境噪声的采集与分析的方法。

本实验课程理论与实践结合特色明显,通过该实验课程的学习,能使学生掌握必要的测量知识和比较熟练的测量能力,并能对试验结果进行简单的分析,从而为学生毕业后从事相关专业工作打下良好的基础。

三、实验教学基本要求

1、掌握CW信号、LFM信号、噪声信号等水下常用信号的发射和采集;

2、掌握脉冲声技术的原理及使用方法,在实验室有限空间下能够正确选择、使用常用声学测量仪器设备;

3、掌握水下声场中的远场、近场、自由场和混响场等相关概念,并掌握水下声场声压特性测试方法;

4、掌握水声换能器声波的发射和接收实施方法,能够独立完成换能器电声性能参数测试;

5、掌握低频水声换能器声学性能测试原理与方法,能够独立完成振动液柱法标量、矢量水听器电声性能参数测试;

6、掌握不同阵元数目、不同阵间距下的基阵性能参数测试方法,能通过实验数据结果分析主波束角H-3dB、最大副瓣级,并优化其线阵的结构设计;

7掌握平面波水下声传播损失的特点和基本规律;

8、掌握水下环境和辐射噪声的采集及频谱分析的基本方法;

9、掌握脉冲法测量水下目标强度的原理方法,能对不同尺寸的圆柱、球形目标进行目标强度测量与计算;

10、了解主动声纳原理性实验:在环境噪声和混响背景下探测球形目标实验;

11熟悉用声级计测量环境噪声声级和频谱分析的方法

四、实验项目基本情况

序号

实验项目名称

实验

学时

内容提要

实验类型

实验

要求

1

声波的发射和接收认知实验:测量信号、测量距离、脉冲声技术原理

6

1、掌握CW脉冲信号、LFM信号、噪声信号等水下常用信号的发射和采集(2学时);

2、掌握水下声波发射和接收换能器实验室条件下布放距离的确定方法(2学时);

3、掌握实验室条件下自由场形成的原理与方法(2学时)。

综合型

必做

2

平面活塞辐射器辐射声场特性测试

4

1、在实验室条件下,对平面活塞辐射器在水槽中的辐射声场进行测试(2学时);

2、在实验室条件下,对平面活塞辐射器在水槽中的指向特性进行测试(2学时)。

综合型

必做

3

水声换能器的灵敏度与发送响应特性测试实验

4

1、根据实验条件给定一只发射换能器、一只标准水听器和一只待校水听器以及相应测量仪器,采用比较法测得该待校水听器的自由场电压灵敏度(级)(2学时);

2、采用二级校准法,对待测发射器进行发送电压响应测试(2学时)。

综合型

必做

4

水声换能器性能的振动液柱法测量实验

4

1、了解水声换能器振动液柱法校准装置、校准原理(2学时);

2、掌握实验室条件下的振动液柱法校准的实施步骤和方法,了解实验时的注意事项,对标量、矢量式水听器灵敏度、指向性等性能参数进行测试分析(2学时)。

综合型

必做

5

水声换能器基阵性能参数测量实验

6

1、了解不同类型的换能器基阵的波束形成方法,以及基阵性能优良的影响因素(2学时);

2、结合理论仿真,设计不同阵元、不同阵间距下的基阵性能参数测试实验方案,通过实验数据结果分析主波束角H-3dB、最大副瓣级,并与理论值比较(4学时)。

研究创新型

必做

6

水声传播损失的测量实验

2

熟悉实验仪器设备连接框图及连接方法;掌握实验室水槽条件下,平面活塞声源在不同频率下辐射声场轴线声压分布规律;了解声传播损失与传播距离之间的关系。

综合型

必做

7

水下环境噪声和辐射噪声的采集和分析

6

1、了解实验室条件下环境噪声频谱的特点和基本规律;掌握环境和辐射噪声的采集及频谱分析的基本方法(2学时);

2、测试实验室条件下,各种工况下的环境噪声并进行谱分析(2学时);

3、测试实验室条件下,各种辐射源下的辐射噪声并进行谱分析(2学时)

综合型

必做

8

目标强度和等效平面波混响级测量

6

1、掌握实验室条件下利用脉冲法测量水下目标强度的原理方法(2学时);

2、掌握粗糙界面背景下系统的等效平面波混响级测量方法(2学时);

3、对不同尺寸的圆柱、球形目标进行测量,同时利用实测数据计算实验中所用目标模型的目标强度,并与理论值比较;用实测数据计算出目标强度的方向性,并在极坐标纸上画出此方向性图,分析目标特性(2学时)。

综合型

必做

9

主动声纳和(或)被动声纳原理性实验

6

1、讲解主被动声呐工作原理,及其实验室测试原理与方法(2学时);

2、主动声纳原理性实验:在环境噪声和混响背景下探测球形目标实验(2学时);

3、在环境噪声背景下探测辐射噪声源实验(2学时)。

综合型

必做

10

交通噪声实时监测实验

4

1、了解声级计原理、噪声的量度和评价方法(2学时)

2、利用声级计测量市区交通运输干线上的交通噪声,并对实验数据进行分析(2学时)。

综合型

必做

五、实验教材(指导书)或网络资源

[1]陈洪娟.《声学测量实验指导书》校内讲义. 哈尔滨工程大学

[2]何祚镛、赵玉芳.声学基础.国防工业出版社.1986.

[3]郑士杰.水声计量测试技术[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社, 1995.

六、考核方式

实验预习、课堂讨论、动手操作、发现与解决问题占40%,撰写科技报告60%