CN104457967B - 基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法及装置，该方法步骤为：1)向压电陶瓷件施加激励电压信号，通过压电陶瓷件的逆压电效应在水介质中产生声波；2)采集待测水声传感器在水介质中响应声波输出的电压信号，根据采集到的电压信号以及当前激励电压信号对应的标定声压值计算声压灵敏度；该装置包括压电陶瓷件、激励电压信号生成组件以及数据处理组件，压电陶瓷件与激励电压信号生成组件相连，待测水声传感器与压电陶瓷件两者相对布置，待测水声传感器的输出端连接数据处理组件。本发明具有实现方法及操作简单、适用范围广且能够适用于外场测试的优点。

Description

基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法及装置

技术领域

本发明涉及水声传感器技术领域，尤其涉及一种基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法及装置。

背景技术

水声传感器广泛应用于水文调查等领域中，其内部通常采用压电陶瓷作为敏感元件，可接收各类水声信号并输出相应的电信号。声压灵敏度的定义为传感器输出电压变化量ΔV与声压输入变化量ΔPa的比值，即S＝Δv/ΔPa，其是评价水声传感器性能好坏的一个重要参数。由于声压灵敏度的准确与否不仅关系到传感器能否正常使用，更关系到对水声设备性能优劣和可靠性高低的评定，因此声压灵敏度测试是水声传感器性能测试的关键。

目前，在水声计量站中绝大部分都是通过消声水池来实现水声传感器声压灵敏度的测试。由于在消声水池中可以获得接近于自由场的测量条件，因此其测试精度较高，但消声水池的造价和技术要求都非常高，同时消声水池的场地占用面积大且不可移动，使得测试成本高且无法对水声传感器实现外场测试。

现有技术中，除采用消声水池外对于水声传感器声压灵敏度的测试方法还包括：自由场互易测量法、振动液柱法、MARKI型宽带测量法、扬声器激励测量法以及压电补偿法等。其中，自由场互易测量法需要使用三个换能器，操作比较复杂且容易受到客观因素的影响，给实际的现场测量带来了很多的不变；振动液柱法和MARKI型宽带测量法则都需要一个标准的振动台，因此测试设备体积大且测量频率范围受限，通常在5Hz-2500Hz之间；扬声器激励测量法主要是通过将扬声器作为激励源完成对水声传感器的测试，但产生的空间声场容易受到环境噪声的影响；压电补偿法则由于受到腔体内最大尺寸不大于十分之一波长的限制，使得该类方法适用的测试传感器类型(被测传感器的体积)以及测量频率范围受限。综上所述，上述方法对于水声传感器声压灵敏度的测试均有一定的限制，且均不适用于进行水声传感器的外场测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种实现方法及操作简单、适用范围广、且能够适用于外场测试的基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法，具体实施步骤为：

1)向压电陶瓷件施加激励电压信号，通过所述压电陶瓷件在激励电压信号下的逆压电效应在水介质中产生声波；

2)采集待测水声传感器在水介质中响应所述声波输出的电压信号，根据采集到的电压信号以及当前激励电压信号对应的标定声压值计算当前激励电压信号下的声压灵敏度。

优选地，所述步骤2)的详细步骤如下：

2.1)采集待测水声传感器在水介质中响应所述声波输出的电压信号；

2.2)计算采集到的电压信号的幅度值，并按式(1)计算当前激励电压信号下的声压灵敏度；

S＝20log(y/x)-240(1)

式(1)中，S为当前激励电压信号下的声压灵敏度，x为当前激励电压信号对应的标定声压值，y为采集到的电压信号的幅度值。

优选地，所述步骤2.2)中计算采集到的电压信号的幅度值的详细步骤如下：

2.2.1)将采集到的所述电压信号、预设的两路参考信号分别按式(2)、(3)进行互相关运算，所述两路参考信号的频率均与激励电压信号相同，且所述两路参考信号的幅度相同、相位之间相差90°；

式(2)和(3)中，V_s(k)为采集到的电压信号中第k个离散时间点的值，V_r(k)、V'_r(k)分别为两路参考信号在第k个离散时间点的值，R_sτ(0)、R'_sτ(0)分别为采集到的电压信号与两路参考信号的互相关函数值，N为采集到的电压信号对应的采样点数；

2.2.2)按式(4)、(5)计算采集到的电压信号的幅度值A；

式(4)中，B为参考信号的幅度值。

优选地，所述步骤2)中采集待测水声传感器在水介质中响应所述声波输出的电压信号还包括信号调理步骤，具体实施方法为：接收待测水声传感器输出的电压信号，依次经过前置放大、程控放大以及低通滤波后输出进行采集。

优选地，所述步骤2)中当前激励电压信号对应的标定声压值的关系如式(6)所示；

x＝y'/10^(0.05S'+12) (6)

其中x为当前激励电压信号对应的标定声压值，y'为参考水声传感器在当前激励电压下输出的电压信号幅度值，S′为参考水声传感器在当前激励电压下的声压灵敏度。

优选地，所述步骤1)的具体实施方法为：

1.1)采用压电陶瓷管作为压电陶瓷件，将待测水声传感器、内部充满水介质的所述压电陶瓷管固定于一容器中，将待测水声传感器插设于压电陶瓷管内的水介质中；

1.2)生成预设频率的激励电压信号，将所述激励电压信号依次经过滤波、功率放大后施加至所述压电陶瓷管；

1.3)所述压电陶瓷管在激励电压信号下产生逆压电效应，通过所述逆压电效应产生的振动向水介质中辐射声波，所述声波通过水介质传递给水介质中待测水声传感器。

一种基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试装置，包括：压电陶瓷件、激励电压信号生成组件以及数据处理组件，所述压电陶瓷件与所述激励电压信号生成组件相连，待测水声传感器与压电陶瓷件两者相对布置，所述待测水声传感器的输出端连接所述数据处理组件；所述激励电压信号生成组件生成激励电压信号并施加至所述压电陶瓷件，通过所述压电陶瓷件在激励电压信号下的逆压电效应在水介质中产生声波，所述数据处理组件采集待测水声传感器在水介质中响应所述声波输出的电压信号，并根据采集到的电压信号以及当前激励电压信号对应的标定声压值计算当前激励电压信号下的声压灵敏度。

优选地，所述压电陶瓷件为压电陶瓷管，所述待测水声传感器插设于所述压电陶瓷管内。

优选地，还包括容器，所述容器为圆筒状，所述容器上设有卡口定位圈和环形垫圈，所述压电陶瓷管通过卡口定位圈固定于容器内，所述待测水声传感器通过卡口定位圈和环形垫圈固定于容器内。

优选地，还包括信号调理组件，所述信号调理组件连接于待测水声传感器与数据处理组件之间；所述信号调理组件包括依次连接的前置放大器、程控放大器以及第二低通滤波器。

与现有技术相比，本发明基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法的优点在于：

1)本发明利用压电陶瓷件的逆压电效应来实现水声传感器的声压灵敏度测试，通过压电陶瓷件在激励电压信号下的逆压电效应在水介质中产生声波，待测水声传感器响应声波后输出电压信号，再根据标定声压值计算得到声压灵敏度，测试方法及操作简单、适用范围广，且能够适用于外场测试。

2)本发明进一步通过对水声传感器输出的电压信号依次进行前置放大、程控放大以及低通滤波的信号调理，将宽频微弱信号放大至适合处理的大小并去除高频干扰；通过数字锁定检测方法来计算水声传感器输出的电压信号幅度值，由预设的两路参考信号来滤除与参考信号不相关的噪声信号，有效实现水声传感器输出的微弱信号处理，从而提高声压灵敏度的测试精度。

3)本发明进一步采用虚拟仪器技术实现，通过程序控制向压电陶瓷件施加激励电压信号、采集待测水声传感器输出的电压信号以及声压灵敏度的计算，操作方法简单、测试效率高且具有良好的交互性能。

与现有技术相比，本发明基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试装置的优点在于：

1)本发明的水声传感器声压灵敏度测试装置，通过激励电压信号生成组件向压电陶瓷件施加激励电压来产生逆压电效应，数据处理组件采集待测水声传感器输出的电压信号后即可计算得到声压灵敏度，结构简单紧凑、适用范围广，所需占用的空间体积小，能够适用于外场测试。

2)本发明的压电陶瓷件进一步采用压电陶瓷管，并通过一容器固定压电陶瓷管以及待测水声传感器，移动方便且不易受到外界声音干扰，便于进行外场测试同时提高了测试精度。

3)本发明进一步采用信号调理组件对待测水声传感器输出的电压信号进行信号调理，将宽频微弱信号放大至适合处理的大小并去除高频干扰，进一步提高声压灵敏度的测试精度。

附图说明

图1是本实施例基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法的实现流程示意图。

图2是本实施例基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试装置的结构示意图。

图3是本实施例中压电陶瓷管与待测水声传感器设置的原理示意图。

图例说明：

1、压电陶瓷件；2、激励电压信号生成组件；21、信号发生器；22、第一低通滤波器；23、功率放大器；3、数据处理组件；31、数据采集器；32、控制器；4、待测水声传感器；5、信号调理组件；51、前置放大器；52、程控放大器；53、第二低通滤波器；6、容器；61、卡口定位圈；62、环形垫圈；7、水。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法的具体实施步骤为：

1)向压电陶瓷件施加激励电压信号，通过压电陶瓷件在激励电压信号下的逆压电效应在水介质中产生声波；

2)采集待测水声传感器在水介质中响应声波输出的电压信号，根据采集到的电压信号以及当前激励电压信号对应的标定声压值计算当前激励电压信号下的声压灵敏度。

本实施例在待测水声传感器的工作频率范围和动态范围内，按照对数坐标近似等间隔地选取若干个频率作为测试点，向压电陶瓷件施加一定频率激励电压信号并采集待测水声传感器输出的电压信号，根据采集到的电压信号以及标定声压值得到该频率激励电压信号处的声压灵敏度。

本实施例采用压电振动法来实现对水声传感器声压灵敏度的测试，利用压电陶瓷件的逆压电效应把外加的激励电压信号转换为辐射面的振动并向水中辐射声波，声波通过水介质传播至待测水声传感器，待测水声传感器内部的压电振子将接收到的声波信号转换为电信号输出，从而完成电能-声能-电能三者之间的相互转换，再根据待测水声传感器输出的电压信号与标定声压值的关系即可得到待测水声传感器的声压灵敏度，实现方法及操作简单，所需的测试条件简单、易实现，能够适用于外场测试。

本实施例中，步骤1)的详细步骤如下：

1.1)采用压电陶瓷管作为压电陶瓷件，将待测水声传感器、内部充满水介质的所述压电陶瓷管固定于一容器中，将待测水声传感器插设于压电陶瓷管内的水介质中；

1.2)生成预设频率的激励电压信号，将激励电压信号依次经过滤波、功率放大后施加至压电陶瓷管；

1.3)压电陶瓷管在激励电压信号下产生逆压电效应，通过逆压电效应产生的振动向水介质中辐射声波，声波通过水介质传递给水介质中待测水声传感器。

本实施例采用压电陶瓷管作为压电陶瓷件，通过将压电陶瓷管、待测水声传感器固定于一容器中，使得测试过程中不易受环境因素的影响同时便于进行外场测试。

本实施例中，生成正弦电压信号作为激励电压信号，激励电压信号经低通滤波和功率放大后驱动压电陶瓷管产生振动，在待测水声传感器四周的水介质中产生声波。通过调整激励电压信号的频率来调整压电陶瓷管的振动幅度和频率，从而测试出待测水声传感器在各频率下的对应声压灵敏度，得到待测水声传感器的声压灵敏度频率响应。

本实施例中，步骤2)的详细步骤如下：

2.1)采集待测水声传感器在水介质中响应声波输出的电压信号；

2.2)计算采集到的电压信号的幅度值，并按式(1)计算当前激励电压信号下的声压灵敏度；

S＝20log(y/x)-240 (1)

式(1)中，S为当前激励电压信号下的声压灵敏度，x为当前激励电压信号对应的标定声压值，y为采集到的电压信号的幅度值。

水声传感器输出的电压信号通常较小，例如采用压电陶瓷作为敏感元件的水声传感器的输出电压通常为μV到mV量级的微弱信号，很容易被淹没在噪声中，同时其频率范围宽(从几Hz到几十kHz)且动态范围大(从几μV到几百mV)，使得进行信号处理的复杂度高，因而通常需要复杂的信号处理电路以及信号处理算法。本实施例中，步骤2)中采集待测水声传感器输出的电压信号还包括信号调理步骤，具体实施方法为：接收待测水声传感器输出的电压信号，依次经过前置放大、程控放大以及低通滤波后输出进行采集。通过上述信号调理后，能够将微弱的电压信号放大至合适的范围并有效降低高频噪声及干扰，有效实现对水声传感器输出的宽频带微弱信号的检测及处理，从而提高测试精度。

本实施例中，对信号调理后的电压信号进行采集，获得离散的电压信号，其中采样频率取被电压信号频率的5倍以上，采样点数N为信号频率的整数倍，且N可以根据实际需求以及允许的范围取最大值。

由于采集到的电压信号中通常包含噪声信号，本实施例步骤2.2)中采用数字锁定检测方法来计算采集到的电压信号的幅度值，通过将采集到的电压信号与两路同频率的参考信号进行相关计算，利用噪声与参考信号不相关的特性来滤除噪声影响，进一步提高测试精度。步骤2.2)中计算采集到的电压信号幅度值的详细步骤如下：

2.2.1)将采集到的电压信号、预设的两路参考信号分别按式(2)、(3)进行互相关运算，其中两路参考信号的频率均与激励电压信号相同，且两路参考信号的幅度相同、相位之间相差90°；

式(2)和(3)中，V_s(k)为采集到的电压信号中第k个离散时间点的值，V_r(k)、V'_r(k)分别为两路参考信号在第k个离散时间点的值，R_sτ(0)、R'_sτ(0)分别为采集到的电压信号与两路参考信号的互相关函数值，N为采集到的电压信号对应的采样点数；

2.2.2)按式(4)、(5)计算采集到的电压信号的幅度值A；

式(4)中，B为参考信号的幅度值。

本实施例首先在生成某一特定频率的激励电压信号时，控制生成两路与激励电压信号频率相同的参考信号并进行存储，假设V_s(t)＝x(t)+n(t)表示采集到的电压信号，其中 是与激励电压信号同频率的正弦信号，n(t)为噪声，V_r(t)＝Bsin(ωt)与V'_r(t)＝Bsin(ωt+π/2)分别是与x(t)同频率的第一参考信号和第二参考信号，第一参考信号和第二参考信号的相位之间相差π/2；然后在采集到电压信号时，将采集到的电压信号与先前存储的两路参考信号分别进行相关运算，由于同频率的信号具有相关性，而噪声与n(t)与参考信号V_r(t)、V'_r(t)信号不具有相关性，因而通过相关运算即可滤除噪声得到电压信号的幅度值。

本实施例中，步骤2)中当前激励电压信号对应的标定声压值的关系如式(6)所示；

x＝y'/10^(0.05S'+12) (6)

其中x为当前激励电压信号对应的标定声压值，y'为参考水声传感器在当前激励电压下输出的电压信号幅度值，S′为参考水声传感器在当前激励电压下的声压灵敏度。本实施例中，参考水声传感器采用与待测水声传感器同型号的标准水声传感器。进行标定时，以参考水声传感器为待测水声传感器并按上述步骤1)、步骤2)相同的方法进行测试，在压电陶瓷管上施加特定频率的正弦激励电压信号，同时采集参考水声传感器输出的电压信号，根据式(6)就可以得到特定频率点上标定声压值x与参考水声传感器输出的电压信号幅度值y'的对应关系，从而对各频率点激励电压信号对应的声压值进行标定。

本实施例中，同一频率点上水声传感器输出的电压信号幅度值y与施加在压电陶瓷管上的激励电压信号的幅度值A'近似呈线性关系，可表示为：

y＝kA' (7)

式(7)中k为待测水声传感器与压电陶瓷管的耦合系数。耦合系数即为电能-声能-电能的耦合，耦合系数k的值与压电陶瓷管的逆压电效应系数和待测水声传感器内部的压电陶瓷压电系数的乘积有关，具体可通过计算待测水声传感器输出的电压信号幅度值y与激励电压信号幅度值A'的比例得到。

由于激励电压信号对应的声压x'＝y/10^(0.05S+12)，根据式(7)可得到特定频率点时声压与激励电压信号幅度值的对应关系为：

x'＝kA'/10^(0.05S+12) (8)

因此在测试过程中，可根据所需要产生的声压的大小来确定需要施加的激励电压信号的幅度值，声压x'与激励电压信号的幅度值A'关系的表达式为：

A'＝x'·10⁽⁰ _. ^05S+12)/k (9)

例如，假设在某一频率处水声传感器的声压灵敏度S＝-200dB，耦合系数k＝10^-5，若需要产生x＝1Pa的声压，则向压电陶瓷管施加幅度值为A'＝10⁷μV＝10V的激励电压信号。

本实施例中，待测水声传感器的工作频率范围为5Hz～50kHz，选取5、10、20、50、100、200、500、1000、2000、5000、10000、20000、50000共13个频率，分别测试待测水声传感器在上述各频率点处的声压灵敏度，分别生成与各频率同频的激励电压信号，通过激励电压信号对应的声压以及待测水声传感器输出的电压信号按式(1)计算得出待测水声传感器在各频率点下的声压灵敏度。以频率为横坐标(通常可取对数坐标)、声压灵敏度为纵坐标，将各个频率点的声压灵敏度测试结果连接起来，即得到声压灵敏度的频率响应曲线。

本实施例具体采用虚拟仪器技术，通过LabView程序实现向压电陶瓷件施加激励电压信号、采集待测水声传感器输出的电压信号、声压灵敏度的计算以及其他控制与信号处理步骤，操作方法简单、测试效率高，同时能够提供良好的用户交互界面，在测试结束后可自动生成测试报告。

如图2所示，本实施例基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试装置包括压电陶瓷件1、激励电压信号生成组件2以及数据处理组件3，压电陶瓷件1与激励电压信号生成组件2相连，待测水声传感器4与压电陶瓷件1两者相对布置，待测水声传感器4的输出端连接数据处理组件3；激励电压信号生成组件2生成激励电压信号并施加至压电陶瓷件1，通过压电陶瓷件1在激励电压信号下的逆压电效应在水介质中产生声波，数据处理组件3采集待测水声传感器4在水介质中响应声波输出的电压信号，并根据采集到的电压信号以及当前激励电压信号对应的标定声压值计算当前激励电压信号下的声压灵敏度。

本实施例中，压电陶瓷件1采用压电陶瓷管，将待测水声传感器4插设于压电陶瓷管内，将压电陶瓷管接入激励电压信号生成组件2、待测水声传感器4接入数据处理组件3就可以进行水声传感器的声压灵敏度测试，结构简单紧凑、适用范围广，所需占用的体积小，能够适用于外场测试。

参见图3，本实施例中还包括圆筒状的容器6，由于待测水声传感器4的敏感体部分为圆柱形，采用圆筒状的压电陶瓷管、容器6，使得能够与待测水声传感器4紧密贴合且产生的水压均匀性好。压电陶瓷管通过卡口定位圈61和环形垫圈62固定于容器6内，其中卡口定位圈61采用聚四氟乙烯制作，其具有很好的耐腐蚀特性；环形垫圈62则采用环形橡胶垫圈，使得整个测试装置具有很好的密封性，防止容器6内的水7溢出。待测水声传感器4通过卡口定位圈61和环形垫圈62固定于容器6内，使得移动方便且不易受到外界声音干扰，方便进行外场测试同时提高测试精度。

如图2所示，本实施例中激励电压信号生成组件2具体包括信号发生器21、第一低通滤波器22以及功率放大器23，由控制器32控制信号发生器21输出程控正弦电压信号作为激励电压信号，激励电压信号依次经第一低通滤波器22和功率放大器23后施加至压电陶瓷管，驱动压电陶瓷管产生振动，在待测水声传感器4四周的水介质中产生声波。

本实施例中，还包括用于对待测水声传感器4输出的电压信号进行放大、滤波的信号调理组件5，信号调理组件5连接至待测水声传感器4与数据处理组件3之间。信号调理组件5包括依次连接的前置放大器51、程控放大器52以及第二低通滤波器53，将电压信号放大至合适大小输出至数据处理组件3。通过信号调理，可以将宽频微弱信号放大至适合处理的大小并去除高频干扰，便于对待测水声传感器4输出的微弱信号的检测及处理，进一步提高声压灵敏度的测试精度。

本实施例中，数据处理组件3包括数据采集器31以及控制器32，数据采集器31采集经过信号调理组件5输出的电压信号，将采集到的电压信号输出至控制器32，按式(1)计算出待测水声传感器4的声压灵敏度。数据采集器31的采样频率取信号频率的5倍以上，采样点数N为信号频率的整数倍，为了保证测试精度，数据采集器31具有16位以上的分辨率。本实施例中，控制器32具体可通过LabView程序实现。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法，其特征在于具体实施步骤为：

1)向压电陶瓷件施加激励电压信号，通过所述压电陶瓷件在激励电压信号下的逆压电效应在水介质中产生声波；

2)采集待测水声传感器在水介质中响应所述声波输出的电压信号，根据采集到的电压信号以及当前激励电压信号对应的标定声压值计算当前激励电压信号下的声压灵敏度；

所述步骤2)的详细步骤如下：

2.1)采集待测水声传感器在水介质中响应所述声波输出的电压信号；

2.2)计算采集到的电压信号的幅度值，并按式(1)计算当前激励电压信号下的声压灵敏度；

S＝20log(y/x)-240 (1)

式(1)中，S为当前激励电压信号下的声压灵敏度，x为当前激励电压信号对应的标定声压值，y为采集到的电压信号的幅度值；

所述步骤2.2)中计算采集到的电压信号的幅度值的详细步骤如下：

2.2.1)将采集到的所述电压信号、预设的两路参考信号分别按式(2)、(3)进行互相关运算，所述两路参考信号的频率均与激励电压信号相同，且所述两路参考信号的幅度相同、相位之间相差90°；

$R_{s\mathrm{\τ}}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}\[V_s\left(k\right)V_r\left(k\right)\]---\left(2\right)$

${R^{\′}}_{s\mathrm{\τ}}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}\[V_s\left(k\right){V^{\′}}_r\left(k\right)\]---\left(3\right)$

式(2)和(3)中，V_s(k)为采集到的电压信号中第k个离散时间点的值，V_r(k)、V'_r(k)分别为两路参考信号在第k个离散时间点的值，R_sτ(0)、R'_sτ(0)分别为采集到的电压信号与两路参考信号的互相关函数值，N为采集到的电压信号对应的采样点数；

2.2.2)按式(4)、(5)计算采集到的电压信号的幅度值A；

$A=2\frac{V}{B}---\left(4\right)$

$V=\sqrt{{\left(R_{s\mathrm{\τ}}\right(0\left)\right)}^2+{\left({R^{\′}}_{s\mathrm{\τ}}\right(0\left)\right)}^2}---\left(5\right)$

式(4)中，B为参考信号的幅度值。

2.根据权利要求1所述的基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法，其特征在于，所述步骤2)中采集待测水声传感器输出的电压信号还包括信号调理步骤，具体实施方法为：接收待测水声传感器输出的电压信号，依次经过前置放大、程控放大以及低通滤波后输出进行采集。

3.根据权利要求1所述的基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法，其特征在于，所述步骤2)中当前激励电压信号对应的标定声压值的关系如式(6)所示；

x＝y'/10^(0.05S'+12) (6)

其中x为当前激励电压信号对应的标定声压值，y'为参考水声传感器在当前激励电压下输出的电压信号幅度值，S′为参考水声传感器在当前激励电压下的声压灵敏度。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试方法，其特征在于，所述步骤1)的具体实施方法为：

1.1)采用压电陶瓷管作为压电陶瓷件，将待测水声传感器、内部充满水介质的所述压电陶瓷管固定于一容器中，将待测水声传感器插设于压电陶瓷管内的水介质中；

1.2)生成预设频率的激励电压信号，将所述激励电压信号依次经过滤波、功率放大后施加至所述压电陶瓷管；

1.3)所述压电陶瓷管在激励电压信号下产生逆压电效应，通过所述逆压电效应产生的振动向水介质中辐射声波，所述声波通过水介质传递给水介质中待测水声传感器。

5.一种基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试装置，其特征在于包括：压电陶瓷件(1)、激励电压信号生成组件(2)以及数据处理组件(3)，所述压电陶瓷件(1)与所述激励电压信号生成组件(2)相连，待测水声传感器(4)与压电陶瓷件(1)两者相对布置，所述待测水声传感器(4)的输出端连接所述数据处理组件(3)；所述激励电压信号生成组件(2)生成激励电压信号并施加至所述压电陶瓷件(1)，通过所述压电陶瓷件(1)在激励电压信号下的逆压电效应在水介质中产生声波，所述数据处理组件(3)采集待测水声传感器(4)在水介质中响应所述声波输出的电压信号，并根据采集到的电压信号以及当前激励电压信号对应的标定声压值计算当前激励电压信号下的声压灵敏度；

所述数据处理组件(3)具体计算采集到的电压信号的幅度值，按式(1)计算当前激励电压信号下的声压灵敏度；

S＝20log(y/x)-240 (1)

式(1)中，S为当前激励电压信号下的声压灵敏度，x为当前激励电压信号对应的标定声压值，y为采集到的电压信号的幅度值；

所述数据处理组件(3)计算采集到的电压信号的幅度值时，具体将采集到的所述电压信号、预设的两路参考信号分别按式(2)、(3)进行互相关运算，所述两路参考信号的频率均与激励电压信号相同，且所述两路参考信号的幅度相同、相位之间相差90°；

$R_{s\mathrm{\τ}}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}\[V_s\left(k\right)V_r\left(k\right)\]---\left(2\right)$

${R^{\′}}_{s\mathrm{\τ}}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}\[V_s\left(k\right){V^{\′}}_r\left(k\right)\]---\left(3\right)$

式(2)和(3)中，V_s(k)为采集到的电压信号中第k个离散时间点的值，V_r(k)、V'_r(k)分别为两路参考信号在第k个离散时间点的值，R_sτ(0)、R'_sτ(0)分别为采集到的电压信号与两路参考信号的互相关函数值，N为采集到的电压信号对应的采样点数；

按式(4)、(5)计算采集到的电压信号的幅度值A；

$A=2\frac{V}{B}---\left(4\right)$

$V=\sqrt{{\left(R_{s\mathrm{\τ}}\right(0\left)\right)}^2+{\left({R^{\′}}_{s\mathrm{\τ}}\right(0\left)\right)}^2}---\left(5\right)$

式(4)中，B为参考信号的幅度值。

6.根据权利要求5所述的基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试装置，其特征在于：所述压电陶瓷件(1)为压电陶瓷管，所述待测水声传感器(4)插设于所述压电陶瓷管内。

7.根据权利要求6所述的基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试装置，其特征在于：还包括容器(6)，所述容器(6)为圆筒状，所述容器(6)上设有卡口定位圈(61)和环形垫圈(62)，所述压电陶瓷管通过卡口定位圈(61)固定于容器(6)内，所述待测水声传感器(4)通过卡口定位圈(61)和环形垫圈(62)固定于容器(6)内。

8.根据权利要求5或6或7所述的基于逆压电效应的水声传感器声压灵敏度测试装置，其特征在于：还包括信号调理组件(5)，所述信号调理组件(5)连接于待测水声传感器(4)与数据处理组件(3)之间；所述信号调理组件(5)包括依次连接的前置放大器(51)、程控放大器(52)以及第二低通滤波器(53)。