便携式超声波水声声压计设计

2011-10-31 09:57:32来源: 互联网 关键字:超声波  水声声压

  随着水下超声波技术的发展,在很多应用场所提出了测试其声强的需要。我们采用CS-3型水听器设计便携式超声波声压计。

  系统设计

  设计目标要求:实现15-45kHz超声波声压、声强的测量。测量的范围是0-10个大气压(或声压级范围:30-120dB)。测量的误差为在总体的频率范围内大小3dB,对单一频率小于1dB。

  CS-3型水听器的特性是在10-100kHz,其M参数的不一致性小于3dB。M参数是指水听器受单位声压的作用而产生的输出电压,单位是V/Pa。用分贝表示的M参数是:

  M(dB )=20log(M/Mo),其中Mo为参考声压Mo=1V/礟a。

  声强I=P2 /(r*C),其中P为声压,C为声速,r为密度。

  为满足设计的目标,需进行测量误差分析。

  对应于在为30-120dB的声压级,在流体中的声强为:

  I=P*V*cosy

  自由场中声强为:

  I=P2/(r*C)

  声强级的表达式为:

  I=10log(I/Io)

  其中Io为10-12 (W/m2),在自由声场中声压级与声强级近似相等。

  从而可得出(在近似测量中)声强级的不一致性对应于M参数的不一致性小于3dB。

  从而得出:不必进行频率校正,声压、声强的不一致性可以满足要求。

  由于一般测的是有效声压,为平均值,所以测量的精度相比起来比较容易实现。跟随、放大、滤波、峰值和频率检测,产生误差主要在滤波、峰值和频率检测。我们所设计的滤波通带不稳定度为1dB、峰值检测的误差小于1dB,但通过进行频率的检测,和时间的平均,进行软件和硬件的补偿可以使误差较好的满足要求。

  根据上面的分析,考虑到超声波测量的特点,系统框图示于图1。其中预加重考虑隔直和系统频率特性。

                 

                                       图1 系统框图

        

                                      图2 高通滤波电路

[1] [2]

关键字:超声波  水声声压

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1031/article_3827.html
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