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水聲功率放大器模塊在圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源輻射研究中的應(yīng)用
客戶需求：實(shí)驗(yàn)需要在消聲水池中對(duì)圓柱殼聲源振動(dòng)和遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，圓柱殼內(nèi)部尺寸為：高0.5m(不含蓋板)，殼外徑0.5，內(nèi)徑0.497m，上下蓋板高0.014m，所以對(duì)圓柱殼內(nèi)功率放大模塊的尺寸以及供電電壓有要求（脈沖功率要求：不小于800VA,尺寸要求：長(zhǎng)度＜300mm、寬度＜250mm、350mm，供電電壓要求：DC25V)
解決方案：功率放大模塊采用安泰ATA-ML110水聲功率放大器，該放大模塊，脈沖功率可達(dá)1000VA，尺寸為280mm×240mm×300mm，供電為DC20-28V
實(shí)驗(yàn)名稱：圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源輻射特性在自由場(chǎng)中的實(shí)驗(yàn)研究
實(shí)驗(yàn)設(shè)備：消聲水池、信號(hào)發(fā)生模塊、ATA-ML110水聲功率放大器，水聽(tīng)器陣、電荷放大器、東華采集卡、計(jì)算機(jī)、加速度計(jì)
實(shí)驗(yàn)過(guò)程：
圖1.1：實(shí)驗(yàn)裝置圖
本實(shí)驗(yàn)在消聲水池中進(jìn)行，圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源實(shí)驗(yàn)裝置如圖1.1所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)如圖1.2和1.3所示。實(shí)驗(yàn)采用的柱殼聲源高0.5m(不含蓋板)殼外徑05m，內(nèi)徑0.497m，上下蓋板高0.014m，材料為鐵質(zhì)材料，內(nèi)部填充空氣，在軸向0.35m處內(nèi)表面施加徑向機(jī)械激勵(lì)，將圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源放置于消聲水池中，消聲水池背景噪聲級(jí)為66dB，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)信號(hào)源發(fā)出500HZ-3kHz，幅值為1vrms的帶限白噪聲信號(hào)，經(jīng)過(guò)水聲功率放大模塊放大到800VA發(fā)出信號(hào)，使用距離聲源6m處的水聽(tīng)器陣測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓，利用加速度計(jì)測(cè)量圓柱殼聲源表面振動(dòng)。因受到加速度計(jì)長(zhǎng)度的限制，振速在水面下方1m處測(cè)得，聲壓在距水面4m處測(cè)得。使用東華采集器采集信號(hào)，再經(jīng)過(guò)Matlab得到聲壓和圓柱殼表面振速。圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源表面水密加速度計(jì)分布如圖1.4所示。位置1、3和9之間相隔45度，在位置1和9正中間加入10、1和3中加入位置2，相隔22.5度，軸向每隔7.1cm安裝一個(gè)水密加速度計(jì)，共60個(gè)水密加速度計(jì)，可以測(cè)量得60個(gè)不同位置的振動(dòng)速度，實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)多次測(cè)量得到平均結(jié)果。同時(shí)還放置一個(gè)已知球源在圓柱殼聲源相同位置處作為標(biāo)準(zhǔn)聲源，同樣通過(guò)信號(hào)源發(fā)出0-3kHz的帶限白噪聲信號(hào)，使用東華采集器采集聲壓數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)為頻譜信號(hào)。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)圓柱殼一周使用水聽(tīng)器振測(cè)量圓柱殼包絡(luò)面聲壓數(shù)據(jù)，每次旋轉(zhuǎn)18°，共計(jì)20組，實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)多次測(cè)量得到平均結(jié)果。球源無(wú)需旋轉(zhuǎn)，得1組數(shù)據(jù)。
圖1.2：圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)
圖1.3：球源實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)
圖1.4：加速度計(jì)分布圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
在消聲水池中的實(shí)驗(yàn)忽略混響聲對(duì)聲場(chǎng)的影響，聲源的輻射聲功率級(jí)可以表示成：
N為水聽(tīng)器陣測(cè)量包絡(luò)面劃分的小面元個(gè)數(shù)：Sj為第j個(gè)小面元面積：P2j為水聽(tīng)器陣測(cè)量包絡(luò)面上第j個(gè)小面元對(duì)應(yīng)的均方聲壓，Pref=1uPa為參考聲壓。
在Matlab中經(jīng)過(guò)計(jì)算得到圓柱殼聲源的輻射聲功率級(jí)和面平均速度的測(cè)量結(jié)果如圖1.5所示。在Malab中經(jīng)過(guò)計(jì)算得到球源的輻射聲功率級(jí)的測(cè)量結(jié)果如圖1.6所示。
圖1.5：圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源在消聲水池中的輻射聲功率級(jí)和面平均速度
圖1.6：球源在消聲水池中的輻射聲功率級(jí)
ATA-ML110在本實(shí)驗(yàn)中的作用：
該模塊由電源模塊，放大器模塊，輸出變壓器模塊，匹配電感器模塊四部分組成，可直接放大信號(hào)源輸出電壓，驅(qū)動(dòng)水聽(tīng)器陣，不需要對(duì)信號(hào)做二次處理；
外觀尺寸小，大大節(jié)省了圓柱殼內(nèi)部空間，便于和信號(hào)源模塊，電荷放大模塊等其他模塊集成于圓柱殼內(nèi)；
供電電壓為DC20-28V，操作更加簡(jiǎn)單，同時(shí)大大減少了集成系統(tǒng)的成本;
輸出功率可達(dá)1000VA，可驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)所用的大功率水聽(tīng)器陣，使測(cè)到的圓柱殼聲源表面振動(dòng)更加明顯，對(duì)輻射聲功率級(jí)和面平均速度的計(jì)算更加準(zhǔn)確；
安泰水聲ATA-ML110水聲功率放大器模塊：
圖：ATA-ML110水聲功率放大器模塊
本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。