本申請要求2013年11月15日提交的美國臨時申請No.61/904,931的權益，該申請的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發(fā)明總體上涉及其操作可靠性可使用高強度振動測試進行評價的對象(諸如衛(wèi)星、儀表或任何其它對象)的振動測試的領域。具體地說，本發(fā)明涉及用于減小由于多個聲學源之間的相長干涉或相消干涉、聲學駐波或在直接場聲學測試中遇到的其它模態(tài)聲學行為導致的與指定的聲學場的偏差的單元和方法。

背景技術：

2011年5月27日提交的序列號為13/117,870、標題為“Direct Field Acoustic Testing System and Method”的共同未決的美國申請(下稱為“’870申請”)通過引用并入本文。如’870申請中所討論的，在直接場聲學測試(DFAT)的領域中，一般期望獲得在圍繞受測試單元(UUT)的整個空間中具有均勻頻譜內容和低相干性的聲場。如’870申請中所展示的，通過使用合并多組可獨立控制的聲學換能器的多輸入多輸出(MIMO)布置，在控制麥克風位置處獲得優(yōu)良的頻譜均勻性和低相干性。如序列號為61/552,081的美國臨時申請和要求該申請的優(yōu)先權的對應的共同未決的國際申請No.PCT/US12/62255(兩篇申請的標題都是“Drive Signal Distribution for Direct Field Acoustic testing”(以下共稱為“驅動信號發(fā)布申請”)，兩篇申請的全部內容都通過引用并入本文)中所討論的，非控制麥克風位置處的改進的頻譜均勻性通過將驅動信號的組合分發(fā)給可獨立控制的聲學換能器組而獲得。然而，在非控制麥克風位置處對UUT周圍的聲場的更詳細的測量證實在某些特定頻率上均勻性存在顯著偏差。據(jù)信，這些偏差要么是由于多個聲學 源的輸出的相長干涉或相消干涉造成的，要么是由與直接場聲學測試設置的幾何結構以及UUT的大小形狀和定位相關的聲學駐波造成的。這種與頻譜均勻性的偏差可能導致UUT的部分的過激勵或欠激勵。因此，期望提供用于通過抑制作為引起所述偏差的原因的聲學機制來減小這些偏差的方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例包括一種具有至少兩組聲學換能器和信號修改器的直接場聲學測試系統(tǒng)，該信號修改器用于對每組聲學換能器引入可單獨控制的時間延遲或相位偏移以便提供符合預定規(guī)范的、由于聲學換能器組之間的相長干涉或相消干涉而導致的偏差減小的聲場。

本發(fā)明的實施例還包括一種具有至少兩個麥克風的直接場聲學測試系統(tǒng)，所述至少兩個麥克風提供被用來確定用于所述至少兩組聲學換能器的可單獨控制的驅動信號的至少兩個聲學輸入信號，其中所述麥克風按適當非對稱的布置設置以便提供符合預定規(guī)范的、由于聲學駐波或其它模態(tài)聲學行為而導致的偏差減小的聲場。

本發(fā)明的實施例包括一種具有至少兩組聲學換能器的直接場聲學測試系統(tǒng)，所述至少兩組聲學換能器按相對于受測試單元(UUT)適當非對稱的布置設置以便提供符合預定規(guī)范的、由于聲學駐波或其它模態(tài)聲學行為而導致的偏差減小的聲場。

附圖說明

現(xiàn)在將僅以舉例的方式來參照附圖描述本發(fā)明的實施例，在附圖中，對應的標號指示對應的部分。

圖1是根據(jù)驅動信號分發(fā)申請的信號圖。

圖2是根據(jù)驅動信號分發(fā)申請的驅動信號分配。

圖3是根據(jù)驅動信號分發(fā)申請的示意性布局和驅動分配。

圖4是控制麥克風位置和監(jiān)視麥克風位置處的被測聲學頻譜，該聲學頻譜示出由于聲波相互作用、模態(tài)條件和邊界條件而導致的頻譜異常。

圖5是根據(jù)本申請的實施例的信號圖。

圖6是控制麥克風位置和監(jiān)視麥克風位置處的被測聲學頻譜，該聲學頻譜示出根據(jù)本申請的實施例的由于聲波相互作用而導致的頻譜異常的減小。

圖7是DFAT系統(tǒng)中的換能器的示意性布局。

圖8是根據(jù)本申請的實施例的換能器的示意性布局。

圖9是控制麥克風位置和監(jiān)視麥克風位置處的被測聲學頻譜，該聲學頻譜示出根據(jù)本申請的實施例的由于聲波相互作用、模態(tài)行為和邊界條件而導致的頻譜異常的減小。

圖10是根據(jù)本申請的另一個實施例的換能器的示意性布局。

具體實施方式

現(xiàn)在參照附圖來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中，相似的引用字符/數(shù)字指示相同的或功能上類似的元件。雖然討論特定的配置和布置，但是應理解這僅僅是為了說明的目的而進行的。相關領域的技術人員將認識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可使用其它配置和布置。

參照現(xiàn)有技術圖1，示出了與驅動信號分發(fā)申請對應的圖?，F(xiàn)有技術圖2示出了根據(jù)驅動信號分發(fā)申請的驅動信號分配的圖表，現(xiàn)有技術圖3示出了根據(jù)驅動信號分發(fā)申請的換能器和驅動信號的示意性布置。參照圖4，示出了用于根據(jù)驅動信號分發(fā)申請布置和操作的直接場聲學測試系統(tǒng)的一組控制麥克風和監(jiān)視麥克風的被測聲學頻譜。大約100Hz、390Hz和700Hz時的被標記為“駐波(波相互作用)”的頻譜響應異常被認為是根據(jù)圖2的驅動信號分配圖生成相同的驅動信號的換能器之間的相長干涉的結果。被標記為“駐波(房間模式)”的異常被認為與換能器的物理布置所創(chuàng)建的邊界條件有關。所有這些異常都被認為部分地與驅動信號分發(fā)申請的使相同的驅動信號被幾個換能器組同時再現(xiàn)的驅動信號分配有關。參照現(xiàn)有技術圖1，信號調節(jié)單元34b包括用于創(chuàng)建適合于每組換能器的電子信號的各種電子單元。僅舉例來說，這些電子單元可以包括：功率放大、增益調整、跨接(cross-over)、時間延遲以及相位調整。本領域的普通技術人員將熟悉聲學時間對準的概念，在該概念中，時間延遲被應用于驅動不同換能器組的信號，使得它們的聲學輸出信號同時到達空間中的預定點，從而補償外部和內部聲學路 徑長度或其它系統(tǒng)相關延遲(諸如與數(shù)字信號處理相關聯(lián)的濾波器和延時)的差異。在直接場聲學測試(DFAT)中，標準做法是使所有換能器都與測試布局的中心軸“時間對準”。例如，參照圖3，標準做法是調整換能器組T1至T12的時間延遲，使得它們的聲學輸出將大致同時地到達受測試單元(UUT)M16的中心?！按笾峦瑫r地”意指聲學輸出在彼此小于1毫秒內到達UUT的中心。舉例來說，在圖3中所示的現(xiàn)有技術的布局中，通過將大約18毫秒的電子延遲應用于換能器組T1至T9以補償離M16的距離更大的換能器組T10至T12的位置、T10至T12的內部聲學路徑長度以及由應用于施加于T10至T12的信號的低通濾波引入的延遲來實現(xiàn)“時間對準”。據(jù)信，這個所謂的“時間對準”是圖4中所示的被標記為“駐波(波相互作用)”的頻譜異常的部分原因。

因此，在本申請的實施例中，參照圖5，示出了信號流程圖，其中，可單獨調整的時間延遲單元34c被引入到用于至少每個可單獨控制的換能器組的信號路徑中。根據(jù)該實施例，可單獨調整的時間延遲單元34c被調整為使得覆蓋圖4的頻譜異常的頻率范圍的換能器組中的至少兩個的聲學輸出被定時在足夠不同的時間到達測試布局的中心(圖3的M16)以便減小所述頻譜異常。舉例來說，而非限制，在該實施例的特定實施方式中，圖3的換能器組T1至T9的頻率范圍被配置為從大約100Hz到200Hz與換能器組T10至T12的頻率范圍交疊。通過利用電子時間延遲單元和聲學路徑長度差異的組合，換能器組T1至T9的聲學輸出被定時比換能器組T10至T12的聲學輸出早大約10毫秒到達位置M16。參照圖6，示出了用于根據(jù)該實施例布置和操作的直接場聲學測試系統(tǒng)的一組控制麥克風和監(jiān)視麥克風的被測聲學頻譜，該聲學頻譜展示了大約100Hz和150Hz時的大的頻譜異常的減小。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，位置M16處的小至關注的最低頻譜異常的時間段的四分之一的聲學信號到達時間差是有效的。例如，參照圖4和圖6中所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，關注的最低頻譜異常約為100Hz，這將要求在該頻率范圍內操作的換能器組之間的大約2.75毫秒的最小到達時間差是有效的。

本領域技術人員將立即認識到，實施本發(fā)明的這個實施例所需的時間延遲可以以許多不同的方式實現(xiàn)。舉例來說，而非限制，這樣的時間延遲可通 過市售的數(shù)字電子單元和/或通過選擇換能器組相對于彼此和UUT的物理位置來實施。僅舉例來說，在電子時間延遲的情況下，這些延遲可被置于信號路徑中的任何地方，只要它們在圖5的輸出信號修改和組合單元34a之后發(fā)生即可。另外，換能器的物理放置可被操縱為實現(xiàn)它們的聲學輸出的所需相對到達時間或者補充電子時間延遲的使用。

在本發(fā)明的另一個實施例中，圖5的可單獨調整的時間延遲34c被調整為使得換能器組T1至T12中的每個的聲學輸出將全都在不同的時間到達位置M16。該方法已經(jīng)被顯示為提供甚至更大的頻譜均勻性，但是是以更大的功耗為代價的。另外，來自再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍的換能器組的聲學信號的到達時間可被單個地操縱較小的量以通過使用圖5的可單獨調整的時間延遲34c來抑制更高頻率的頻譜異常。參照圖4和圖6中所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，390Hz和700Hz時的頻譜異常已經(jīng)通過將來自再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍的換能器組T1至T9的信號的到達操縱為在大約3毫秒的窗口上展開而被減小。該技術對于任何到達時間分布是有效的，其中換能器組中的至少一個的輸出的到達時間與其它輸出的到達時間相差關注的最低頻譜異常的下至最小1毫秒的時間段的至少四分之一。然而，當全都再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍的更多換能器組的聲學輸出的到達時間在大致等于關注的最低頻譜異常的下至最小1毫秒的時間段的到達時間窗口上展開時，該技術更有效。

參照圖7，示出了典型的DFAT換能器布局，該布局從上方看是大致對稱的并且是圓形的。雖然適當時間延遲的使用已經(jīng)被示為對減小頻譜異常一般是有效的，但是某些頻譜異常(諸如圖4中所示的被標記為“駐波(房間模式)”的大約230Hz時的異常)與諸如圖7中所示的圓形或其它對稱布置所創(chuàng)建的對稱邊界條件有關，并且使用本申請的前面的實施例中所述的時間延遲技術是不足以控制的。

根據(jù)本申請的另一個實施例，可通過按非對稱布置圍繞UUT布置再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍的換能器組來禁止這樣的駐波的形成。為了本申請的目的，“換能器組再現(xiàn)的頻率范圍”是不大于低于驅動信號的平均水平的6db的驅動信號中存在的低于1kHz的所有頻率。此外，如果換能器組再現(xiàn)的低于1kHz的頻率范圍(以八倍頻程為單位測量)的80％被另一個換能器組再現(xiàn)， 或者如果兩個換能器組再現(xiàn)的頻率范圍彼此交疊至少兩個八倍頻程，則換能器組被認為是“再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍”。例如，圖7的換能器組T1-T9被配置為再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍。通過以非對稱布置圍繞UUT布置這些換能器組，由于從每個相應的換能器組到位置M16的距離變化，換能器組T1-T9的物理位置所創(chuàng)建的邊界條件將不支持特定頻率上的駐波的形成。在圖8中所示的特定的非限制性示例中，示出了大體卵形的換能器布置，該布置已經(jīng)被示為減小由具體來說邊界條件引起的頻譜異常，并且對于減小其它類型的頻譜異常也是有幫助的。然而，其它非對稱形狀也可被使用。例如，而非限制，其中從再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍的換能器組到位置M16的距離是不均勻的橢圓形、矩形、正方形或其它形狀可被使用。據(jù)信，通過創(chuàng)建與UUT的中心不等距的聲學邊界，強駐波的形成被禁止。雖然再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍的換能器組的非對稱布置已經(jīng)被示為獨自對于禁止駐波的形成是有效的，但是該技術已經(jīng)被示出為當與本申請的前面的實施例中所述的適當電子時間延遲組合使用時對減小所有類型的頻譜異常要有效得多。參照圖9，示出了根據(jù)本申請的前面的實施例的、另外根據(jù)圖8布置的DFAT系統(tǒng)的一組控制麥克風和監(jiān)視麥克風的被測聲學頻譜，圖8示出了圖4的被標記為“駐波(房間模式)”的頻譜異常大幅衰減。參照圖8，在這個實施例的特定實施方式中，尺寸D1約為20英尺，尺寸D2約為24英尺。實驗表明如下的換能器布置對于減小駐波的形成是有效的，在這些換能器布置中，從再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍的換能器組到UUT的中心的最大距離和最小距離之間的差值為至少1英尺，并且導致至少大約1毫秒的到達時間差。

如本領域技術人員將顯而易見的，存在許多可能的布置用于DFAT系統(tǒng)的再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍的換能器以便避免將引起強駐波的聲學邊界條件的方式，這些全都落在本發(fā)明的范圍內。舉例來說，而非限制，根據(jù)本申請的另一個實施例，參照圖10，示出了已經(jīng)被證實減小駐波異常的另一個布置。在圖10中，圖8的換能器T1至T9再現(xiàn)基本上相同的頻率范圍，并且已經(jīng)被相對于從相應的換能器組的中心到UUT的中心繪制的線隨機地旋轉了大約10度至30度之間。換能器的中心仍大致位于圓R1上，這允許有具有隨機化的聲學邊界的緊湊布置，該聲學邊界已經(jīng)被顯示為減小駐波行為。