[doc格式] 绝缘电阻对圆柱型换能器噪声接收灵敏度影响研究

[doc格式] 绝缘电阻对圆柱型换能器噪声接收灵敏度影响研究 绝缘电阻对圆柱型换能器噪声接收灵敏度 影响研究 2009年第9期 计算秽L与现代化 JISUANJIYUXIANDAIHUA总第169期 文章编号:1006-2475(2009)09-0149-03 绝缘电阻对圆柱型换能器噪声接收灵敏度影响研究 张春强,张明敏 (海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033) 摘要:研究装艇条件下绝缘电阻对圆柱型换能器噪声接收灵敏度的影响.推导装艇条件下圆柱型换能器噪声接收灵敏 度的表达式,并进行理论计算验证.仿真结果表明,当绝缘电阻大于100时,对圆柱型换能器噪声接收灵敏度没有影响; 当绝缘电阻小于lO时,在频率低于4时,对圆柱型换能器噪声接收灵敏度影响明显,在大于6时,基本没有影响. 关键词:绝缘电阻;圆柱;换能器;接收灵敏度;辐射;噪声 中圈分类号:TP211文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1006—2475.2009.09.043 NoiseReceiverSensitivityonCylindricalTransducerofInsulationResistanc eInfluence ZHANGChun—qiang,ZHANGMing—min (CoHegeofElectronicEngineering,NavalUniv.ofEngineering,Wuhan430033,China) Abstract:Thispaperresearchestheinfluenceofisolationresistanceonthecyhndertransducerreceivingsensitivityofthenoise undertheconditionofboatloading,derivesitsexpressionandverifiesitthroughtheoreticalcalculations.Thesimulationresults showthatwhentheisolationresistanceismorethan100,thereisnoinfluenceonthecylindertransducerreceivingsensitivityof thenoise,andwhentheisolationresistanceislessthan10,aswellasthe~equencyislessthan4,thereisanobviousimpacton thecylindertransducerreceivingsensitivityofthenoiseandwhenthethe~equencyismorethan6,thereisnoimpactonhigh ~equency. Keywords:isolationresistance;cylinder;transducer;receivingsensitivity;radiation;noise O引言 在装艇条件下对换能器性能的测试,最常用的方 法是断开换能器与接收机之间的连接,认为绝缘电阻 趋于无穷大,忽略其影响,来测量单个换能器的噪声 接收灵敏度,然后推测整个基阵的接收性能.在实际 工作中,换能器与接收机是处在连接状态,换能器绝 缘电阻泄漏将改变接收机的输入阻抗,从而导致噪声 接收灵敏度下降.因此,只有当换能器与接收机是处 在连接状态下的接收响应,才是换能器的实际噪声接 收灵敏度. 圆柱型换能器与接收机断开状态下的噪声接收 灵敏度的研究已比较成熟….本文利用等效电路推 导在装艇条件下圆柱型换能器与接收机连接状态下 噪声接收灵敏度的表达式,研究绝缘电阻泄漏对圆柱 型换能器噪声接收灵敏度的影响. 1理论推导 当圆柱型换能器工作在接收时,振子一端处于声 场声压作用之下,另一端不受力.经极化处理过 的压电陶瓷受声压作用时,除发生一般形变外,还将 产生90.电畴转向引起的形变.伴随这种极化在电 极表面必呈现电荷密度.当圆柱型换能器因受潮而 使绝缘电阻泄漏减小时,势必引起电极表面的电荷密 度减少,影响换能器的接收性能.因此检测圆柱型换 能器的接收性能时,必须考虑绝缘电阻的影响.为使 分析简化,常作以下假设: (1)使圆柱厚度远远小于工作波长,径向不存在 应力波的传播. (2)圆柱仅受径向电场激励,它只存在对称于轴 向的径向振动及轴向的纵振动. (3)近似认为径向电场不随半径变化. 依据上述假设,可得:不考虑绝缘电阻时圆柱型 换能器的径向极化等效图如图1所示J,其中:M= m0/n,m0为实际质量m的(1—1.50--0.50-)倍,0-:一 s E :/E约为0.3;C,C.分别为圆柱型换能器的圆柱 等效柔顺性和静态电容;m.,R分别为圆柱型换能器 的共振质量及辐射声阻;R为机械阻;S,P.,’p分 收稿日期:2008-09-28 作者简介:张春强(1983一),男,山东惠民人,海军工程大学电子工程学 院硕士研究生,研究方向:水声装备及其作战效能. l5O计算机与现代化2009年第9期 别为圆柱型换能器的接收面积,声场的声压,畸变系 数和机电耦合系数. 图1径向极化等效图 利用戴维南定理,将图1简化为图2. 旺三踊臣三(a)(b)(c) 图2等效网络变换图 将图2(C)转化为等压源的等效图,考虑绝缘电 阻的影响时,其等效图如图3所示. 刚j芍愿绝琢黾~JaB’-?明寺艘图 其中:R,为绝缘电阻. F=~/Pos(1) Zeff--R+RR+J?(M+m.)1(2) (3) RRMm1/jcoC(4)’’ m+R+j?(+.)+,. Z:(5)一一’,一, V0goRRjo(M1/jtoCk…o)’.一 +j’oco[m+R++m.)+m] D R+RR+jt.O(M+m.)+1/j’0Cm,一,, 一 ‘P+jtoCo[R+RR+j【o(M+m.)+1/jcoC] u=而1R—rjmCRR+jto(Mms 1/jo)CR(8)u一(+ 0 )[+R+)十]+’P.f. 所以,考虑绝缘电阻的影响时,圆柱型换能器的 噪声接收灵敏度川为: M=丽丽 (9) 2仿真结果及分析 对式(9)进行仿真,S分别取0.58,0.8,0.3 m;CC0分别为80pF和160000pF;RRR分别为 3kn和2kl~;M,m分别为0.02kg和0.01kg;频率f 从0.5KHz到20KHz.考虑不同的绝缘电阻对圆柱 型换能器噪声接收灵敏度的影响.图4,图6中均 以频率为横坐标,单位是(KHz);以噪声接收灵敏度 M为纵坐标,单位为dB. l(}IJk(年n1’llJM,j时噪声}妾收灵敏度 ‘‘‘‘‘l——?一100k【】 ?-????? l’’1r一’O0Mn …????????’’??.’…-…,.-......?,???????.…...????…???? ????-’??? …? 0?0?0?0—0??????-0?? ?一=====一=== … ?’??’’’专… 图4绝缘电阻为100kf~和100Mft时噪声接收灵敏度比较 不同绝缘阻抗的噪声接收哭敏度 ‘2O2 ‘ 2O3 . 2.4 ‘ 2O5 畲20e ,;一207 - 208 ‘ 2O9 . 2,O .211 :巨’:. …一:’’’’’:’’’:’…’ ?…-?…-?…-’…’ -?---???一????一??? ….. :.....:.......... ::: f(KHz) 图5不同绝缘电阻时噪声接收灵敏度比较 不同绝缘阻抗的噪声接收晁敏鹰与1OOk0之整 图6换能器在不同绝缘电阻时噪声接收灵敏度与10okil之差 根据图4,图6,可得出以下结论: (1)绝缘电阻为100kl~和100MI~时圆柱型换能 器的噪声接收灵敏度曲线完全重合.也就是说,在绝 缘电阻超过100kO时,绝缘电阻的变化对圆柱型换 能器的噪声接收灵敏度没有影响.下面就认为绝缘 电阻为100kl~时,圆柱型换能器处于正常工作状态. (2)当绝缘电阻减小到能够影响圆柱型换能器 的噪声接收灵敏度时,在低频段,频率增加,灵敏度提 高;在6KHz以后.灵敏度曲线近似保持水平,基本不 随频率改变. (3)绝缘电阻越小,对圆柱型换能器噪声接收灵敏 度影响越明显.绝缘电阻减小到lkQ时,在低频段,圆 柱型换能器的噪声接收灵敏度下降严重,接近7dB;在 2KHz以后,绝缘电阻对噪声接收灵敏度影响在ldB以 内;在6KHz以后,绝缘电阻对其基本上没有影响. (4)下面就简单分析噪声接收灵敏度表达式(9) 2009年第9期张春强等:绝缘电阻对圆柱型换能器噪声接收灵敏度 影响研究l5l 中各元素对噪声接收灵敏度的影响:换能器噪声接收 灵敏度随着’p,S,C的减小而减小;随着C.的减小 而增大;M,m,R,,R变化对灵敏度影响比较复杂. 当(P,,S,C分另0由0.58,0.8,0.3m,80pF减/J,O.3, 0.58,0.1m,10pF时,灵敏度由~03dB分别减小为一 209dB,-206dB,之12.8dB,-221.2dB;C0由160000pF减 小为100000pF时,灵敏度由一203dB增大为一199dB;当 M,I11,R,R由给定值减小时,对灵敏度基本没有影 响;当M,m由0.015kg和0.O1kg增大为0.15kg和 0.1kg时,灵敏度在4KHz以内基本没有什么变化,在 6KHz以后逐渐升高,2oKHz时达~J]-200dB;当Rm,RR 由3kn和2kQ增大为30kFt和20kF~时,灵敏度在 4KHz以内基本没有什么变化,在6KHz以后逐渐减小, 2OKHz时达到-204dB. 3结束语 本文研究表明圆柱型换能器的绝缘电阻在低频 段对其接收性能影响比较明显.因此在舰艇执行重 大任务前,有必要对基阵的接收性能进行评估.也就 是在接收机与圆柱型换能器连接状态下,对圆柱型换 能器的绝缘电阻进行测试,来测量其噪声接收灵敏 度,进而判断基阵的接收性能. 本文主要完成了装艇条件下对圆柱型换能器噪 声接收灵敏度的理论推导和分析计算工作,接下来需 要对它的实际应用进行验证. 参考文献: [1]程恩,王清池.水声信道高速率数据传输的换能器研制 (上接第148页) 6结束语 本文实现了在PC上使用J2Me编写适合自己实 际情况的存储于手机上的小型数据库系统,并可以实 现数据库的各种基本操作.由于手机的便携性,使得 该技术有一定的实用意义.下一步工作的要点是利 用越来越普及的蓝牙通信技术来同步手机数据库和 本地PC数据库. 参考文献: [1]孙更新,宾晟,孙海伦.JavaME手机应用开发大全 [M].北京:科学出版社,2008. [2]池雅庆,周瑶.J2Me手机应用项目开发实践[M].北京: 中国铁道出版社,2007. 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