声学实验学习笔记——脉冲声技术（水池实验）

前言

水声工程是一门建立在试验上的学科，没有试验数据的支持，没有一项理论是立得住的。

海试作为水声实验中最高级别的实验，是最接近真实声呐设备应用场景的，然而在工程中，往往越贴近真实情况越复杂，一项很简单的基本理论，可能需要经过很复杂的演化才能在实际生活中的某种特定情况下有所应用。

本科期间在消声水箱里做的各种声学实验，虽然做的一知半解，但相比于海试确实是比较简单朴素的，各种条件都很理想。

鉴于声学计量实验第一次做崩了，重新整理脉冲声技术如下（以水池实验为例）。

系统联调

仪器连线

最常规的收发系统为：信号源把信号经过功率放大器放大后加载给发射换能器，水听器接放大器、滤波器等进入示波器，如需监测发射信号电压，则用三通把信号源的信号分岔，也同时引入到示波器中。

实验前，一定是先确定工作频率，脉宽啊、周期啊等参数都得在工作频率确定下来之后再考虑

信号频率：CW脉冲的工作频率要结合发射换能器本身的特性参数以及实验目的整体考虑如：所用的发射换能器的工作频带有多宽？有几个谐振峰？分别是多少？用哪个谐振峰发射的时候水听器能够正好在平坦段内接收？选频率时是否需要兼顾其他设备的工作频段？这些问题的确定，要求实验人员既要有全局意识又能细致入微的考虑问题，寄！

实验频率确定后，下一步确定收发换能器之间的布放距离，根据瑞利距离，使用远场判据公式：
$$L=d^2/\lambda$$
d为发射换能器表面的最大线径，λ为波长（这就是为什么要先确定频率），好的，你现在拿到布放距离了，先随便给一个深度、脉宽、周期，你便可以在示波器上观察到鱼唇型的接收波形了。下一步需要在示波器上找到直达波与第一反射波。

直达波比较好找，收发之间直线过去的就是，使用示波器的光标功能，从CW脉冲中填充的第一个波开始计时，L/c的时间间隔处，就是直达波的波形开始位置。

那么第一反射声怎么找呢？这个稍微费事一点，由于水箱的尺寸有限，我们只需要考虑几种反射情况：

1. 水面反射一次
2. 水底反射一次
3. 接收换能器后面的侧壁反射一次

这简单的几何，我们初中就做过小马饮水问题，勾股定理知道吧，跟这个有关系！这样我们就能得到三个第一反射声的声程，除以声速，得到三个时间，取三个中最短的时间，就是对直达声威胁最大的那个时间。

类似于找直达声的方式，在示波器上用光标找到第一反射声的位置，那么直达声开始与第一反射声开始之间的这一段，就是直达波！这是加窗的思想。

找到直达波之后，需要观察“窗内”的直达波是否出现了稳态，如果没达到稳态，CW脉冲的循环数就需要增加（即增加脉宽），这这样才有可能找到直达波的稳态，但是增加脉宽又导致了一个新问题：可能在理论计算所得的直达波与第一反射波”窗“之间，都没能出现直达波稳态，这时候需要想办法增加”窗“的宽度，即拉大直达波与第一反射声之间的时间间隔，在不改变收发间距的情况下，增大布放深度是可行。

---

待更（