CN208783104U - 一种换能器收发指向性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种换能器收发指向性测试装置，包括控制器、信号发生器、发射换能器、第一驱动装置、接收换能器和采集仪，接收换能器和发射换能器的发射方向位于同一平面内，通过第一驱动装置带动发射换能器旋转并使发射换能器置于一定角度的姿态下，并在这种姿态下发射信号，接收换能器接收到发射换能器所发射信号后，通过采集仪对该信号进行记录和存储并传回至控制器进行处理，由于发射换能器以不同偏转角发射的信号特性不同，因此可以通过接收换能器接收到的信号来判断发射换能器在不同姿态下的发射信号，实现对换能器指向性特征的有效调节和测量。

Description

一种换能器收发指向性测试装置

技术领域

本实用新型涉及水声换能器测试技术领域，特别是涉及一种换能器收发指向性测试装置。

背景技术

水声换能器是发射和接收水中声信号的装置，目前各种水声换能器技术正在不断进步，但受限于水声换能器本身的特点和使用环境，使得目前缺乏一种有效、快速的水声换能器指向性测试方法。

现有的大部分水声换能器的测试仅停留在发射信号与接收信号本身的匹配度上，而无法对信号的指向性进行调节，也没有合适的指向性测量方法。因此，现有技术对于换能器的指向性测试还有较多局限。

因此如何实现水声换能器的指向性测试是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种换能器收发指向性测试装置，其结构简单，能够实现对换能器指向性特征的有效调节和测量。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种换能器收发指向性测试装置，包括：

用于发送信号指令的控制器；

与所述控制器相连且用于按照所述信号指令提供电信号的信号发生器；

与所述信号发生器相连且用于发射与所述电信号相对应的声信号的发射换能器；

与所述发射换能器相连且用于带动所述发射换能器旋转以改变信号发射角度的第一驱动装置，所述第一驱动装置由所述控制器控制；

用于接收所述发射换能器所发射信号的接收换能器，所述接收换能器和所述发射换能器的发射方向位于同一平面内；

与所述接收换能器相连、用于将所述接收换能器接收到的信号进行采集并发送至所述控制器进行处理的采集仪。

优选地，还包括与所述接收换能器相连且用于带动所述接收换能器旋转以改变信号接收角度的第二驱动装置，所述第二驱动装置由所述控制器控制。

优选地，所述第一驱动装置包括用于带动所述发射换能器转动的第一步进电机和用于对第一步进电机进行转动角度控制的第一电机驱动器，所述第二驱动装置包括用于带动所述接收换能器转动的第二步进电机和用于对所述第二步进电机进行转动角度控制的第二电机驱动器，且所述第一电机驱动器和所述第二电机驱动器均与所述控制器相连。

优选地，所述发射换能器设在所述第一驱动装置下方且通过第一旋转固定装置与所述第一步进电机的输出轴固定相连，所述接收换能器设在所述第二驱动装置下方且通过第二旋转固定装置与所述第二步进电机的输出轴固定相连。

优选地，所述第一旋转固定装置包括第一竖向转轴和固定在所述发射换能器一侧的第一横杆，所述第一竖向转轴上端与所述第一步进电机的输出轴固定相连，下端与所述第一横杆垂直相连；所述第二旋转固定装置包括第二竖向转轴和固定在所述接收换能器一侧的第二横杆，所述第二竖向转轴上端与所述第二步进电机的输出轴固定相连，下端与所述第二横杆垂直相连。

优选地，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置固定在一个安装板上，所述安装板上与所述第一步进电机对应的位置上设有用于所述第一竖向转轴穿过的第一通孔，所述安装板上与所述第二步进电机输出轴对应的位置上设有用于所述第二竖向转轴穿过的第二通孔。

优选地，所述控制器、所述信号发生器和所述采集仪均固定在所述安装板上。

优选地，所述信号发生器与所述发射换能器、以及所述采集仪与所述接收换能器均通过信号线相连。

优选地，两个所述信号线分别固定在所述第一竖向转轴和所述第二竖向转轴上。

本实用新型提供的换能器收发指向性测试装置，包括控制器、信号发生器、发射换能器、第一驱动装置、接收换能器和采集仪，接收换能器和发射换能器的发射方向位于同一平面内，通过第一驱动装置带动发射换能器旋转并使发射换能器置于一定角度的姿态下，控制器根据所要测试的信号特征向信号发生器发送信号指令，信号发生器输出具有相应特征的电信号并通过发射换能器将该电信呈转换成声信号后发出，接收换能器接收到发射换能器所发射信号后，通过采集仪对该信号进行记录和存储并传回至控制器，最后通过控制器对测试数据进行归一化后处理，完成发射换能器的指向性的测试，由于发射换能器以不同偏转角发射的信号特性不同，因此可以通过接收换能器接收到的信号来判断发射换能器在不同姿态下的发射信号，实现对换能器指向性特征的有效调节和测量。

附图说明

图1为本实用新型所提供的换能器收发指向性测试装置的原理框图；

图2为本实用新型所提供的换能器收发指向性测试装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本实用新型所提供的换能器收发指向性测试装置的一种发射指向性测试结果图。

附图中标记如下：

发射换能器101、第一旋转固定装置102、第一步进电机103、第一电机驱动器104、信号发生器105、控制器106、接收换能器201、第二旋转固定装置202、第二步进电机203、第二电机驱动器204、采集仪205。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种换能器收发指向性测试装置，其结构简单，能够实现对换能器指向性特征的有效调节和测量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本实用新型所提供的换能器收发指向性测试装置的原理框图；图2为本实用新型所提供的换能器收发指向性测试装置的一种具体实施方式的结构示意图。

本实用新型具体实施方式提供的换能器收发指向性测试装置，包括：

用于发送信号指令的控制器106；

与控制器106相连且用于按照信号指令提供电信号的信号发生器105；

与信号发生器105相连且用于发射与电信号相对应的声信号的发射换能器101；

与发射换能器101相连且用于带动发射换能器101旋转以改变信号发射角度的第一驱动装置，第一驱动装置由控制器106控制；

用于接收发射换能器101所发射信号的接收换能器201，接收换能器201和发射换能器101的发射方向位于同一平面；

与接收换能器201相连、用于将接收换能器201接收到的信号进行采集并发送至控制器106进行处理的采集仪205。

需要说明的是，换能器指向性测量通常是模拟在同一水平面不同角度下信号的发射情况，因此在对发射换能器101进行测试过程中，接收换能器201和发射换能器101的发射方向要位于同一平面内，且为保证测量效果和有效性，接收换能器201的接收面要正对发射换能器101，随着发射换能器101的转动，接收换能器201和发射换能器101之间的相对位置要保持不变。为方便接收换能器201和发射换能器101的设置，接收换能器201和发射换能器101优选位于一水平面内，发射换能器101测试时在其所在的水平面内旋转。

使用时，先通过第一驱动装置带动发射换能器101旋转相应角度，使发射换能器101置于一定角度的姿态下，然后控制器106根据所要测试的信号特征向信号发生器105发送信号指令，信号发生器105输出具有相应特征的电信号至发射换能器101，发射换能器101将该电信呈转换成声信号并发出该声信号，接收换能器201接收到发射换能器101所发射信号后，通过采集仪205对该信号进行记录和存储并传回至控制器106，采集仪205具体可以为信号接收器和安装相关软件的计算机，最后通过控制器106对测试数据进行归一化后处理，完成发射换能器101的指向性的测试。

其中，第一驱动装置可由控制器106控制，在测试前可根据测试需要通过控制器106设定第一驱动装置，预设单位时间第一驱动装置带动发射换能器101转动的角度、以及转动总时间和总角度等，为最后的信号处理提供条件。

控制器106对测试数据进行处理时，可以根据发射信号、第一驱动装置信号时间节点将发射信号与接收信号进行同时间点的分析比对，处理结果具体可以用极坐标图表示，并按照极坐标将整个圆周分为360度，径向坐标表示响应，如图3所示，图3为本实用新型所提供的换能器收发指向性测试装置的一种发射指向性测试结果图，则可以看出对于发射换能器101在水平面内的激发能量随着指向性变化而发生变化，在水平面内发射指向性有效范围为发声面所在的半水平空间。

综上所述，本实用新型提供的换能器收发指向性测试装置，通过第一驱动装置使发射换能器101转动并置于一定角度的姿态下，并在这种姿态下发射信号，由于发射换能器101以不同偏转角发射的信号特性不同，因此可以通过接收换能器201接收到的信号来判断发射换能器101在不同姿态下的发射信号，实现对换能器指向性特征的有效调节和测量。

进一步地，本实用新型具体实施方式提供的换能器收发指向性测试装置，接收换能器201优选也能够转动，从而可改变信号接收角度，对接收换能器201进行指向性测试，具体地，可以设置第二驱动装置，第二驱动装置与接收换能器201相连且用于带动接收换能器201旋转；当待测换能器为接收换能器201时，利用互换性原理，可使发射换能器101的发射端正对接受换能器并固定发射换能器101不动，通过旋转接收换能器201，来实现接收换能器201的指向性测试。

另外，第二驱动装置可由控制器106控制，在测试前可根据测试需要通过控制器106设定第二驱动装置，预设单位时间第二驱动装置带动发射换能器101转动的角度、以及转动总时间和总角度等，为最后的信号处理提供条件。

具体地，第一驱动装置可以包括用于带动发射换能器101转动的第一步进电机103和用于对第一步进电机103进行转动角度控制的第一电机驱动器104，且第一电机驱动器104的输入端与控制器106相连，输出端与第一步进电机103相连，通过第一电机驱动器104可对第一步进电机103行程和频率进行调节，并实现预设的单位时间转动的角度，待测换能器为发射换能器101时，控制器106通过第一电机驱动器104将步进电机指令发送至第一步进电机103，第一步进电机103根据步进电机指令带动发射换能器101旋转指定角度。

另外，第二驱动装置也可以包括用于带动接收换能器201转动的第二步进电机203和用于对第二步进电机203进行转动角度控制的第二电机驱动器204，第二电机驱动器204的输入端与控制器106相连，输出端与第二步进电机203相连，通过第二电机驱动器204可对第二步进电机203行程和频率进行调节，并实现预设的单位时间转动的角度，待测换能器为接收换能器201时，控制器106通过第二电机驱动器204将步进电机指令发送到第二步进电机203，第二步进电机203根据步进电机指令带动接收换能器201旋转指定角度。

进一步地，考虑到换能器收发指向性测试装置使用环境的限制，即换能器测试时需要将发射换能器101和接收换能器201置于水中，而第一驱动装置、第二驱动装置和信号发生器105等则需要置于水面上，则可以将发射换能器101设在第一驱动装置下方，接收换能器201设在第二驱动装置下方，且发射换能器101优选通过第一旋转固定装置102与第一步进电机103的输出轴固定相连，接收换能器201通过第二旋转固定装置202与第二步进电机203的输出轴固定相连。

具体地，第一旋转固定装置102可以包括第一竖向转轴和固定在发射换能器101一侧的第一横杆，第一竖向转轴上端与第一步进电机103的输出轴固定相连，下端与第一横杆垂直相连，第二旋转固定装置202包括第二竖向转轴和固定在接收换能器201一侧的第二横杆，所述第二竖向转轴上端与第二步进电机203的输出轴固定相连，下端与第二横杆垂直相连。

通过第一旋转固定装置102能够将第一步进电机103的轴向转动传动给发射换能器101，并使发射换能器101绕第一竖向转轴进行水平面内的旋转，通过第二旋转固定装置202能够将第二步进电机203的轴向转动传动给接收换能器201，并使接收换能器201绕第二竖向转轴进行水平面内的旋转。

进一步地，由于在测试过程中，接收换能器201和发射换能器101之间的相对位置要保持不变，则可以通过同一个安装板将第一驱动装置和第二驱动装置进行固定；具体地，第一驱动装置和第二驱动装置可以均固定在安装板上，并在安装架上与第一步进电机103对应的位置上可以设有第一通孔，第一竖向转轴的上端穿过第一通孔后与第一步进电机103连接，在安装架上与第二步进电机203输出轴对应的位置上设有第二通孔，第二竖向转轴的上端穿过第一通孔后与第二步进电机203连接。

另外，控制器106、信号发生器105和采集仪205优选也均固定在安装板上。

进一步地，发射换能器101可以通过信号线与信号发生器105相连，接收换能器201通过信号线与采集仪205相连，两个信号线优选分别固定在第一竖向转轴和第二竖向转轴上，以避免振动影响测量结果。

另外，第一电机驱动器104也可以通过信号线与第一步进电机103相连，第二电机驱动器204可以通过信号线与第二步进电机203相连。

当然，发生信号传递的各部件之间也可以通过3G、蓝牙等无线连接方式相连，也在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型具体实施方式提供的换能器收发指向性测试装置，使用时，可将安装板固定在岸边侧壁或测试水池上方，并且应保证各零部件连接良好，第一驱动装置、第二驱动装置、信号发生器105、采集仪205和控制器106均需置于空气中，将第一竖向转轴的下部分、发射换能器101、第二竖向转轴的下部分、接收换能器201以及部分连接导线置于水中。

考虑到换能器收发指向性测试装置使用环境的限制，水面以上部分的部件要做防水处理，与水接触和水下的部件必须使用耐腐蚀材料或表面经过防腐蚀处理。

其中，安装板可以为木板，质量轻，防水且耐腐蚀，当然也可以选用塑料板等其他板材，均在本实用新型的保护范围之内。

在本实用新型申请文件的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“水平”、“竖向”等指示的方位或关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

另外，说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述较为简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本实用新型所提供的换能器收发指向性测试装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种换能器收发指向性测试装置，其特征在于，包括：

用于发送信号指令的控制器(106)；

与所述控制器(106)相连且用于按照所述信号指令提供电信号的信号发生器(105)；

与所述信号发生器(105)相连且用于发射与所述电信号相对应的声信号的发射换能器(101)；

与所述发射换能器(101)相连且用于带动所述发射换能器(101)旋转以改变信号发射角度的第一驱动装置，所述第一驱动装置由所述控制器(106)控制；

用于接收所述发射换能器(101)所发射信号的接收换能器(201)，所述接收换能器(201)和所述发射换能器(101)的发射方向位于同一平面内；

与所述接收换能器(201)相连、用于将所述接收换能器(201)接收到的信号进行采集并发送至所述控制器(106)进行处理的采集仪(205)。

2.根据权利要求1所述的换能器收发指向性测试装置，其特征在于，还包括与所述接收换能器(201)相连且用于带动所述接收换能器(201)旋转以改变信号接收角度的第二驱动装置，所述第二驱动装置由所述控制器(106)控制。

3.根据权利要求2所述的换能器收发指向性测试装置，其特征在于，所述第一驱动装置包括用于带动所述发射换能器(101)转动的第一步进电机(103)和用于对第一步进电机(103)进行转动角度控制的第一电机驱动器(104)，所述第二驱动装置包括用于带动所述接收换能器(201)转动的第二步进电机(203)和用于对所述第二步进电机(203)进行转动角度控制的第二电机驱动器(204)，且所述第一电机驱动器(104)和所述第二电机驱动器(204)均与所述控制器(106)相连。

4.根据权利要求3所述的换能器收发指向性测试装置，其特征在于，所述发射换能器(101)设在所述第一驱动装置下方且通过第一旋转固定装置(102)与所述第一步进电机(103)的输出轴固定相连，所述接收换能器(201)设在所述第二驱动装置下方且通过第二旋转固定装置(202)与所述第二步进电机(203)的输出轴固定相连。

5.根据权利要求4所述的换能器收发指向性测试装置，其特征在于，所述第一旋转固定装置(102)包括第一竖向转轴和固定在所述发射换能器(101)一侧的第一横杆，所述第一竖向转轴上端与所述第一步进电机(103)的输出轴固定相连，下端与所述第一横杆垂直相连；所述第二旋转固定装置(202)包括第二竖向转轴和固定在所述接收换能器(201)一侧的第二横杆，所述第二竖向转轴上端与所述第二步进电机(203)的输出轴固定相连，下端与所述第二横杆垂直相连。

6.根据权利要求5所述的换能器收发指向性测试装置，其特征在于，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置固定在一个安装板上，所述安装板上与所述第一步进电机(103)对应的位置上设有用于所述第一竖向转轴穿过的第一通孔，所述安装板上与所述第二步进电机(203)输出轴对应的位置上设有用于所述第二竖向转轴穿过的第二通孔。

7.根据权利要求6所述的换能器收发指向性测试装置，其特征在于，所述控制器(106)、所述信号发生器(105)和所述采集仪(205)均固定在所述安装板上。

8.根据权利要求7所述的换能器收发指向性测试装置，其特征在于，所述信号发生器(105)与所述发射换能器(101)、以及所述采集仪(205)与所述接收换能器(201)均通过信号线相连。

9.根据权利要求8所述的换能器收发指向性测试装置，其特征在于，两个所述信号线分别固定在所述第一竖向转轴和所述第二竖向转轴上。