基于DDS和DFT的水声换能器小信号阻抗测量

针对水声测量中换能器阻抗和功率放大器的匹配问题,以及换能器老化状况诊断的实际问题,利用DDS(直接数字合成)和DFT(离散傅里叶变换)技术,研究了使用小信号下换能器在不同频率点上的频率响应情况,通过执行多次测量,确定换能器的幅频响应特性曲线,以此分析换能器的老化情况,同时可以对功率放大器输出匹配电路设计提供参考。通过相关原理分析,设计了阻抗测试电路并编写了测试软

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海军航空工程学院学报 J r l ou na ofN a a e o u ia n sr na tc lUni e st v l r na tc la dA to u ia A v riy

2 0ll Vl126 No. 0. 2

第2 6卷第 2期

文章编号： 17— 5 2 ( 0 )0 . 1 5 0 6 3 12 2 1 1 20 6 - 4 -

基于 DD S和 DF T的水声换能器小信号阻抗测量 杨成伟，苗康乐，杨 E杰 l (军航空 T程学院电子信息 T程系，I东烟台 2 4 0 )海 l I 601摘要：对水声测量中换能器阻抗和功率放大器的匹配问题，以及换能器老化状况诊断的实际问题，针利用 D S D

(直接数字合成 )和 DT ( b离散傅里叶变换 )技术，研究了使用小信号下换能器在不同频率点上的频率响应情 况，通过执行多次测量，确定换能器的幅频响应特性曲线，以此分析换能器的老化情况，同时可以对功率放大

器输出匹配电路设计提供参考。通过相关原理分析，设计了阻抗测试电路并编写了测试软件，经调试，该电路 在系统中工作正常，成功完成换能器在小信号下的复阻抗测量，并对影响换能器阻抗的相关素做出了分析。 关键词：直接数字合成；离散傅里叶变换；换能器；阻抗测量 中图分类号：T 7 1 N I. 1文献标志码：A

换能器具有复阻抗，这个阻抗南具体的换能器材料和结构决定，同时还受工作条件影响。换能器的阻抗是换能器输入复数电压和输入复数电流之比

影响换能器阻抗的因素有很多[,但总体上电 2】 场能量耦合型换能器在正常]作情况下呈现容性阻二

抗，而磁场能量耦合型换能器在正常工作情况下呈 现感性阻抗。因此，测量换能器阻抗的关键问题就

值。它不仅是换能器电路的性能参量，也是换能器 的机械振动阻抗和声负载阻抗的函数。因此，不能

是测量出存所需要测量的频率范围上换能器的输入

把小信号下测得的阻抗也认为是大功率下的阻抗，

复数电压与输入复数电流之比，不同点就是容性阻抗和感性阻抗在输入信号时电流超前或者滞后输入 电压的相角。在 T程上测量换能器阻抗可以采用电 桥法 I,它是利用电桥平衡原理，用一个标准阻抗 3

J

也不能把脉冲信号状态下的测量结果认为是连续信 号状态下的阻抗。测量换能器阻抗的目的和意义有

3个：提供换能器和发射机之间的阻抗匹配数据； 计算电声转换效率；分析机械振动特性和声辐射特

去等效所需要测量的阻抗，当两个阻抗相同(或者相 差小于一定程度),电桥会达到平衡状态，它是一时

性，得到换能器品质凶数。本电路实现了一种小信号下的阻抗测试方法，该方法可以改造为大功率下 的阻抗测试，具有较强的实用价值。

种间接测量的方式。采用 oI级准确度的电阻箱和 . 电容箱的条件下，测量不确定度将不大于±%。测 5 量示意图如图 2所示： T

1常见换能器阻抗测试方法 常见换能器按换能原理分为电场能量耦合型和磁场能量耦合型【。这两种换能器可以等效为两种” 电路类型，如图 l示：所

}柏眈 蕊W

同 2电桥平衡法测量阻抗示意网 a】电场能犀耦合型 b )磁场能量耦台型

网 1两种类型换能器的简化等效电阻抗

另外一种测量阻抗的疗法是使用三电压法如

收稿日期：2 1. 1 4 01 . 0 0

基金项目：航窄科学摹金资助项目 ( 0 8 14)泰j学者”建设 T程专项经费资助项目 2 0 5 8、“ I l 作者简介：畅成伟 ( 93,男，硕士生；杨日杰 ( 9 3,男，教授，博导，博士 18一) I6一)

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