声学实验III声学测量

发布时间：2015-08-13浏览次数：2628

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：6、5

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声学测量是一门基础实验课程，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%。