專利名稱：一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲學(xué)計量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
傳聲器又稱“聲電換能器”，是聲學(xué)測試中關(guān)鍵的傳感器，是把空氣中聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的變換裝置，其靈敏度具有相位特性，通常被稱為相位靈敏度。近年來隨著現(xiàn)代聲學(xué)測試技術(shù)不斷發(fā)展，出現(xiàn)了聲全息分析、聲測目標(biāo)定位、聲測故障分析、聲振耦合分析等新技術(shù)，這些技術(shù)都需要使用傳聲器的相位靈敏度，主要應(yīng)用于噪聲源定位分析、遠(yuǎn)距離聲目標(biāo)識別、發(fā)動機(jī)噪聲故障診斷、火箭發(fā)射現(xiàn)場測試等聲學(xué)測試工作，這些測試環(huán)境的聲壓級覆蓋了自SOdB到165dB的動態(tài)范圍，而傳聲器在高聲壓級(140dB以上)環(huán)境下會出現(xiàn) 非線性相位偏移特性，引入的傳聲器相位誤差是影響測量結(jié)果準(zhǔn)確度的主要來源。針對引入的傳聲器相位誤差，現(xiàn)有的校準(zhǔn)技術(shù)采用壓力場耦合腔相對相位校準(zhǔn)方法，可以在124dB聲壓級的環(huán)境下校準(zhǔn)傳聲器相位靈敏度，校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)原理如圖I所示。信號源3輸出一固定頻率(250Hz)簡正信號，在有源耦合腔2內(nèi)產(chǎn)生這一頻率的壓力場聲壓信號，有源耦合腔2的空間尺寸要求小于波長的1/20，產(chǎn)生的聲壓級不超過124dB，有源耦合腔2兩端安裝被校傳聲器I和標(biāo)準(zhǔn)傳聲器4，使這兩個傳聲器感受到等幅值等相位聲壓信號，通過測量放大器7被變換為電信號，信號采集卡6將模擬電信號A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸給計算機(jī)5處理，計算機(jī)5通過互譜分析計算出兩路電信號的相位差，即可計算出這一頻率下被檢傳聲器相對標(biāo)準(zhǔn)傳聲器的相位差。但是，在高聲壓級(140dB以上)環(huán)境下，再采用這種方法對相位校準(zhǔn)，會產(chǎn)生傳聲器相位靈敏度非線性相移的難題，無法實現(xiàn)傳聲器相位校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決傳聲器相位靈敏度在高聲壓級(140dB以上)環(huán)境下非線性相移的校準(zhǔn)問題，提出一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置及方法，其使用駐波聲場原理使聲源達(dá)到160dB的高聲壓，且失真度< I %，借助等相位耦合腔可實現(xiàn)傳聲器相位靈敏度在高聲壓環(huán)境下的相移特性校準(zhǔn)。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置，其包括一個倒“U”形的等相位耦合腔，等相位耦合腔固定連接在中心帶有通孔的變截面反射端蓋上方；等相位耦合腔的內(nèi)徑與變截面反射端蓋的通孔內(nèi)徑相等，等相位耦合腔的外徑小于變截面反射端蓋的外徑；駐波管的頂端固定連接在變截面反射端蓋下方，駐波管的底端固定連接在底面反射端蓋上；駐波管的內(nèi)徑大于變截面反射端蓋的通孔內(nèi)徑，駐波管的外徑等于變截面反射端蓋的外徑；通過等相位耦合腔、變截面反射端蓋、駐波管、底面反射端蓋形成一個變截面密閉空間；在駐波管內(nèi)、底面反射端蓋上方設(shè)有揚(yáng)聲器；揚(yáng)聲器通過引出線連接功率放大器，功率放大器還連接信號源，信號源再連接計算機(jī)；其中，計算機(jī)控制信號源連接功率放大器驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出簡正聲波信號；揚(yáng)聲器發(fā)出的簡正聲波信號在上述變截面密閉空間內(nèi)多次反射形成高聲壓駐波場；在等相位耦合腔的兩側(cè)壁對稱位置處開通口，參考傳聲器和被校傳聲器分別安裝在通口處；參考傳聲器與被校傳聲器還分別通過引出線連接信號放大器，信號放大器再連接計算機(jī)；其中，參考傳聲器監(jiān)測等相位耦合腔內(nèi)的聲壓幅值，通過信號放大器將實時的聲壓幅值傳遞給計算機(jī)，再由計算機(jī)控制信號源、進(jìn)而控制等相位耦合腔內(nèi)的聲壓幅值；通過測量參考傳聲器與被校傳聲器在不同聲壓級下的相位差即可得到傳聲器高聲壓-相移特性。如上所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置，其所述的等相位耦合腔的外徑為變截面反射端蓋的外徑的1/2 1/3倍；所述的駐波管的內(nèi)徑為變截面反射端蓋的通孔內(nèi)徑的2 3倍。
如上所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置，其所述的揚(yáng)聲器發(fā)出的簡正聲波信號在變截面密閉空間內(nèi)多次反射形成高聲壓駐波場，該駐波場內(nèi)聲壓級可達(dá)94 160dB，聲波失真度< 1%。本發(fā)明所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測方法，其包括如下步驟(a)由計算機(jī)控制信號源輸出設(shè)定頻率f、聲壓幅值PO的正弦信號，然后通過功率放大器驅(qū)動駐波管內(nèi)的揚(yáng)聲器發(fā)出聲波信號；(b)步驟(a)中的揚(yáng)聲器發(fā)出聲波信號在變截面密閉空間內(nèi)多次反射，形成穩(wěn)態(tài)駐波場，使參考傳聲器和被校傳聲器感受到的聲壓幅值和相位都相等，且聲壓級達(dá)94 160dB，失真度 < 1% ；(c)參考傳聲器采集到等相位耦合腔內(nèi)的聲壓幅值PO，通過信號放大器將實時的聲壓信號轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給計算機(jī)，計算機(jī)實時分析這些數(shù)據(jù)，并調(diào)整信號源的輸出幅值，使等相位耦合腔內(nèi)聲壓幅值穩(wěn)定保持在設(shè)定值PO，形成閉環(huán)控制回路；(d)將參考傳聲器與被校傳聲器采集到的信號進(jìn)行互譜分析得到在頻率f、聲壓幅值PO條件下被校傳聲器相對參考傳聲器的相位差，即得到傳聲器高聲壓-相移特性。如上所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測方法，其所述的設(shè)定頻率f為500 800Hz、聲壓幅值PO為I 2000Pa。本發(fā)明的效果在于本發(fā)明所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置及方法，可實現(xiàn)等相位耦合腔內(nèi)聲壓級的反饋控制，可發(fā)生上限160dB，下限94dB的聲壓信號，且失真度< 1%;可以解決高聲壓級(140dB以上)環(huán)境下傳聲器靈敏度非線性相移的校準(zhǔn)問題。


圖I為采用壓力場耦合腔相對相位校準(zhǔn)方法；圖2為本發(fā)明所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1.被校傳聲器；2.有源耦合腔；3.信號源；4.標(biāo)準(zhǔn)傳聲器；5.計算機(jī)；6.信號采集卡；7.測量放大器；8.參考傳聲器；9.等相位耦合腔；10.變截面反射端蓋；11.駐波管；12.揚(yáng)聲器；13.底面反射端；14.功率放大器；15.信號放大器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置及方法作進(jìn)一步描述。實施例I如圖2所示，本發(fā)明所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置，其包括一個倒“U”形的等相位耦合腔9，等相位耦合腔9固定連接在中心帶有通孔的變截面反射端蓋10上方；等相位耦合腔9的內(nèi)徑與變截面反射端蓋10的通孔內(nèi)徑相等，等相位耦合腔9的外徑為變截面反射端蓋10的外徑1/2 1/3倍(例如1/2倍或1/3倍)。駐波管11的頂端固定連接在變截面反射端蓋10下方，駐波管11的底端固定連接在底面反射端13上；駐波管11的內(nèi)徑為變截面反射端蓋10的通孔內(nèi)徑的2 3倍(例如2倍或3倍)，駐波管 11的外徑等于變截面反射端蓋10的外徑。通過等相位耦合腔9、變截面反射端10、駐波管
11、底面反射端13共同組成一個變截面密閉空間。在駐波管11內(nèi)、底面反射端13上方固定有揚(yáng)聲器12。揚(yáng)聲器12通過引出線連接功率放大器14，功率放大器14還連接信號源3，信號源3再連接計算機(jī)5。其中，計算機(jī)5控制信號源3連接功率放大器14驅(qū)動揚(yáng)聲器12發(fā)出簡正聲波信號；揚(yáng)聲器12發(fā)出的簡正聲波信號在上述變截面密閉空間內(nèi)多次反射形成高聲壓駐波場，駐波場內(nèi)聲壓級可達(dá)94 160dB (例如94dB、140dB、150dB 或 160dB)，聲波失真度< I %在等相位耦合腔9的兩側(cè)壁對稱位置處開通口，參考傳聲器8和被校傳聲器3分別安裝在通口處。參考傳聲器8與被校傳聲器3還分別通過引出線連接信號放大器15，信號放大器15再連接計算機(jī)5。其中，參考傳聲器8監(jiān)測等相位耦合腔9內(nèi)的聲壓幅值，通過信號放大器15將實時的聲壓幅值傳遞給計算機(jī)5，再由計算機(jī)5控制信號源3、進(jìn)而控制等相位耦合腔9內(nèi)的聲壓幅值，形成反饋控制回路。在等相位耦合腔9內(nèi)具有傳聲器對稱位置相位相等的特性，通過測量參考傳聲器8與被校傳聲器3在不同聲壓級下的相位差即可得到傳聲器高聲壓-相移特性。實施例2采用實施例I所述的傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置的檢測方法，其包括如下步驟(a)由計算機(jī)5控制信號源3輸出設(shè)定頻率f、聲壓幅值PO的正弦信號，然后通過功率放大器14驅(qū)動駐波管11內(nèi)的揚(yáng)聲器12發(fā)出聲波信號；設(shè)定頻率f 為500 800Hz (例如:500Hz、600Hz、700Hz 或 800Hz)、聲壓幅值 PO 為 I 2000Pa(例如:lPa、lOOPa、IOOOPa或 2000Pa)。(b)步驟(a)中的揚(yáng)聲器12發(fā)出聲波信號在變截面密閉空間內(nèi)多次反射，形成穩(wěn)態(tài)駐波場，使參考傳聲器8和被校傳聲器I感受到的聲壓幅值和相位都相等，且聲壓級達(dá)94 160dB (例如:94dB、140dB、150dB 或 160dB)，失真度< I % ；(c)參考傳聲器8采集到等相位耦合腔9內(nèi)的聲壓幅值PO，通過信號放大器15將實時的聲壓信號轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給計算機(jī)5，計算機(jī)5實時分析這些數(shù)據(jù)，并調(diào)整信號源
3的輸出幅值，使等相位耦合腔9內(nèi)聲壓幅值穩(wěn)定保持在設(shè)定值PO，形成閉環(huán)控制回路；(d)將參考傳聲器8與被校傳聲器I采集到的信號進(jìn)行互譜分析得到在頻率f、聲壓幅值PO條件下被校傳聲器I相對參考傳聲器8的相位差，即得到傳聲器高聲壓-相移 特性。
權(quán)利要求
1.一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置，其特征在于該裝置包括一個倒“U”形的等相位耦合腔(9)，等相位耦合腔(9)固定連接在中心帶有通孔的變截面反射端蓋(10)上方；等相位耦合腔(9)的內(nèi)徑與變截面反射端蓋(10)的通孔內(nèi)徑相等，等相位耦合腔(9)的外徑小于變截面反射端蓋(10)的外徑；駐波管(11)的頂端固定連接在變截面反射端蓋(10)下方，駐波管(11)的底端固定連接在底面反射端蓋(13)上；駐波管(11)的內(nèi)徑大于變截面反射端蓋(10)的通孔內(nèi)徑，駐波管(11)的外徑等于變截面反射端蓋(10)的外徑；通過等相位耦合腔(9)、變截面反射端蓋(10)、駐波管(11)、底面反射端蓋(13)形成一個變截面密閉空間； 在駐波管(11)內(nèi)、底面反射端蓋(13)上方設(shè)有揚(yáng)聲器(12);揚(yáng)聲器(12)通過引出線連接功率放大器(14)，功率放大器(14)還連接信號源(3)，信號源(3)再連接計算機(jī)(5)；其中，計 算機(jī)(5)控制信號源(3)連接功率放大器(14)驅(qū)動揚(yáng)聲器(12)發(fā)出簡正聲波信號；揚(yáng)聲器(12)發(fā)出的簡正聲波信號在上述變截面密閉空間內(nèi)多次反射形成高聲壓駐波場； 在等相位耦合腔(9)的兩側(cè)壁對稱位置處開通口，參考傳聲器(8)和被校傳聲器(3)分別安裝在通口處；參考傳聲器(8)與被校傳聲器(3)還分別通過引出線連接信號放大器(15)，信號放大器(15)再連接計算機(jī)(5);其中，參考傳聲器⑶監(jiān)測等相位耦合腔(9)內(nèi)的聲壓幅值，通過信號放大器(15)將實時的聲壓幅值傳遞給計算機(jī)(5)，再由計算機(jī)(5)控制信號源(3)、進(jìn)而控制等相位耦合腔(9)內(nèi)的聲壓幅值；通過測量參考傳聲器(8)與被校傳聲器(3)在不同聲壓級下的相位差即可得到傳聲器高聲壓-相移特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置，其特征在于所述的等相位耦合腔(9)的外徑為變截面反射端蓋(10)的外徑的1/2 1/3倍；所述的駐波管(11)的內(nèi)徑為變截面反射端蓋(10)的通孔內(nèi)徑的2 3倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置，其特征在于所述的揚(yáng)聲器(12)發(fā)出的簡正聲波信號在變截面密閉空間內(nèi)多次反射形成高聲壓駐波場，該駐波場內(nèi)聲壓級可達(dá)94 160dB,聲波失真度< 1%。
4.一種采用權(quán)利要求I至3所述的任意一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置的檢測方法，其特征在于該方法包括如下步驟 (a)由計算機(jī)(5)控制信號源(3)輸出設(shè)定頻率f、聲壓幅值PO的正弦信號，然后通過功率放大器(14)驅(qū)動駐波管(11)內(nèi)的揚(yáng)聲器(12)發(fā)出聲波信號； (b)步驟(a)中的揚(yáng)聲器(12)發(fā)出聲波信號在變截面密閉空間內(nèi)多次反射，形成穩(wěn)態(tài)駐波場，使參考傳聲器(8)和被校傳聲器(I)感受到的聲壓幅值和相位都相等，且聲壓級達(dá)94 160dB，失真度< I % ； (c)參考傳聲器(8)采集到等相位耦合腔(9)內(nèi)的聲壓幅值PO，通過信號放大器(15)將實時的聲壓信號轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給計算機(jī)(5)，計算機(jī)(5)實時分析這些數(shù)據(jù)，并調(diào)整信號源(3)的輸出幅值，使等相位耦合腔(9)內(nèi)聲壓幅值穩(wěn)定保持在設(shè)定值PO，形成閉環(huán)控制回路； (d)將參考傳聲器(8)與被校傳聲器(I)采集到的信號進(jìn)行互譜分析得到在頻率f、聲壓幅值PO條件下被校傳聲器(I)相對參考傳聲器(8)的相位差，即得到傳聲器高聲壓-相移特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測方法，其特征在于所述的設(shè)定頻率f為500 800Hz、聲壓幅值PO為I 2000Pa。
全文摘要
本發(fā)明提供一種傳聲器高聲壓-相移特性的檢測裝置及方法。該裝置中等相位耦合腔、變截面反射端蓋、駐波管、底面反射端蓋形成變截面密閉空間；在駐波管內(nèi)的揚(yáng)聲器連接功率放大器，功率放大器連接信號源，信號源連接計算機(jī)；參考傳聲器和被校傳聲器分別安在等相位耦合腔的側(cè)壁處；參考傳聲器與被校傳聲器還連接信號放大器，信號放大器連接計算機(jī)。該方法由計算機(jī)控制信號源通過功率放大器驅(qū)動駐波管內(nèi)的揚(yáng)聲器發(fā)出聲波信號；將參考傳聲器與被校傳聲器采集到的信號進(jìn)行互譜分析得到一定條件下被校傳聲器相對參考傳聲器的相位差。本發(fā)明使用駐波聲場原理使聲源達(dá)到94～160dB的高聲壓，且失真度＜1％，實現(xiàn)傳聲器相位靈敏度在高聲壓環(huán)境下的相移特性校準(zhǔn)。
文檔編號H04R29/00GK102655628SQ201210044550
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者劉鑫, 孫鳳舉, 朱剛, 楊曉偉, 閆磊 申請人:中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院, 北京航天計量測試技術(shù)研究所