水聲功率放大器模塊在圓柱殼結構聲源輻射研究中的應用

客戶需求：實驗需要在消聲水池中對圓柱殼聲源振動和遠場聲壓進行實驗測量，圓柱殼內部尺寸為：高0.5m(不含蓋板)，殼外徑0.5，內徑0.497m，上下蓋板高0.014m，所以對圓柱殼內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1000VA，尺寸為280mm×240mm×300mm，供電為DC20-28V

實驗名稱：圓柱殼結構聲源輻射特性在自由場中的實驗研究

實驗設備：消聲水池、信號發(fā)生模塊、ATA-ML110水聲功率放大器，水聽器陣、電荷放大器、東華采集卡、計算機、加速度計

實驗過程：

圖1.1：實驗裝置圖

本實驗在消聲水池中進行，圓柱殼結構聲源實驗裝置如圖1.1所示，實驗測量系統(tǒng)如圖1.2和1.3所示。實驗采用的柱殼聲源高0.5m(不含蓋板)殼外徑05m，內徑0.497m，上下蓋板高0.014m，材料為鐵質材料，內部填充空氣，在軸向0.35m處內表面施加徑向機械激勵，將圓柱殼結構聲源放置于消聲水池中，消聲水池背景噪聲級為66dB，實驗時通過信號源發(fā)出500HZ-3kHz，幅值為1vrms的帶限白噪聲信號，經過水聲功率放大模塊放大到800VA發(fā)出信號，使用距離聲源6m處的水聽器陣測量遠場聲壓，利用加速度計測量圓柱殼聲源表面振動。因受到加速度計長度的限制，振速在水面下方1m處測得，聲壓在距水面4m處測得。使用東華采集器采集信號，再經過Matlab得到聲壓和圓柱殼表面振速。圓柱殼結構聲源表面水密加速度計分布如圖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安裝一個水密加速度計，共60個水密加速度計，可以測量得60個不同位置的振動速度，實驗經過多次測量得到平均結果。同時還放置一個已知球源在圓柱殼聲源相同位置處作為標準聲源，同樣通過信號源發(fā)出0-3kHz的帶限白噪聲信號，使用東華采集器采集聲壓數據，存儲為頻譜信號。實驗時通過旋轉裝置旋轉圓柱殼一周使用水聽器振測量圓柱殼包絡面聲壓數據，每次旋轉18°，共計20組，實驗經過多次測量得到平均結果。球源無需旋轉，得1組數據。

圖1.2：圓柱殼結構聲源實驗測量系統(tǒng)

圖1.3：球源實驗測量系統(tǒng)

圖1.4：加速度計分布圖

實驗結果：

在消聲水池中的實驗忽略混響聲對聲場的影響，聲源的輻射聲功率級可以表示成：

N為水聽器陣測量包絡面劃分的小面元個數：Sj為第j個小面元面積：P2j為水聽器陣測量包絡面上第j個小面元對應的均方聲壓，Pref=1uPa為參考聲壓。

在Matlab中經過計算得到圓柱殼聲源的輻射聲功率級和面平均速度的測量結果如圖1.5所示。在Malab中經過計算得到球源的輻射聲功率級的測量結果如圖1.6所示。

圖1.5：圓柱殼結構聲源在消聲水池中的輻射聲功率級和面平均速度

圖1.6：球源在消聲水池中的輻射聲功率級

ATA-ML110在本實驗中的作用：

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，可直接放大信號源輸出電壓，驅動水聽器陣，不需要對信號做二次處理；

外觀尺寸小，大大節(jié)省了圓柱殼內部空間，便于和信號源模塊，電荷放大模塊等其他模塊集成于圓柱殼內；

供電電壓為DC20-28V，操作更加簡單，同時大大減少了集成系統(tǒng)的成本;

輸出功率可達1000VA，可完美驅動實驗所用的大功率水聽器陣，使測到的圓柱殼聲源表面振動更加明顯，對輻射聲功率級和面平均速度的計算更加準確；

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

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經成為在業(yè)界擁有廣泛產品線，且具有相當規(guī)模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。

審核編輯黃宇