专利名称：一种传声器高声压-相移特性的检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及声学计量技术领域，具体涉及ー种传声器高声压-相移特性的检测装置。
背景技术：
传声器又称“声电换能器”，是声学测试中关键的传感器，是把空气中声信号转换为电信号的变换装置，其灵敏度具有相位特性，通常被称为相位灵敏度。近年来随着现代声学测试技术不断发展，出现了声全息分析、声测目标定位、声测故障分析、声振耦合分析等新技术，这些技术都需要使用传声器的相位灵敏度，主要应用于噪声源定位分析、远距离声目标识别、发动机噪声故障诊断、火箭发射现场测试等声学测试工作，这些测试环境的声压级覆盖了自SOdB到165dB的动态范围，而传声器在高声压级(140dB以上)环境下会出现 非线性相位偏移特性，引入的传声器相位误差是影响测量结果准确度的主要来源。针对引入的传声器相位误差，现有的校准技术采用压カ场耦合腔相对相位校准方法，可以在124dB声压级的环境下校准传声器相位灵敏度，校准结构原理如图I所示。信号源3输出ー固定频率(250Hz)简正信号，在有源耦合腔2内产生这一频率的压カ场声压信号，有源耦合腔2的空间尺寸要求小于波长的1/20，产生的声压级不超过124dB，有源耦合腔2两端安装被校传声器I和标准传声器4，使这两个传声器感受到等幅值等相位声压信号，通过测量放大器7被变换为电信号，信号采集卡6将模拟电信号A/D转换为数字信号传输给计算机5处理，计算机5通过互谱分析计算出两路电信号的相位差，即可计算出这ー频率下被检传声器相对标准传声器的相位差。但是，在高声压级(140dB以上)环境下，再采用这种方法对相位校准，会产生传声器相位灵敏度非线性相移的难题，无法实现传声器相位校准。
发明内容本实用新型为解决传声器相位灵敏度在高声压级(140dB以上)环境下非线性相移的校准问题，提出一种传声器高声压-相移特性的检测装置，其使用驻波声场原理使声源达到160dB的高声压，且失真度< I %，借助等相位耦合腔可实现传声器相位灵敏度在高声压环境下的相移特性校准。实现本实用新型目的的技术方案一种传声器高声压-相移特性的检测装置，其包括ー个倒“U”形的等相位耦合腔，等相位耦合腔固定连接在中心带有通孔的变截面反射端盖上方；等相位耦合腔的内径与变截面反射端盖的通孔内径相等，等相位耦合腔的外径小于变截面反射端盖的外径；驻波管的顶端固定连接在变截面反射端盖下方，驻波管的底端固定连接在底面反射端盖上；驻波管的内径大于变截面反射端盖的通孔内径，驻波管的外径等于变截面反射端盖的外径；通过等相位耦合腔、变截面反射端盖、驻波管、底面反射端盖形成ー个变截面密闭空间；在驻波管内、底面反射端盖上方设有扬声器；扬声器通过引出线连接功率放大器，功率放大器还连接信号源，信号源再连接计算机；其中，计算机控制信号源连接功率放大器驱动扬声器发出简正声波信号；扬声器发出的简正声波信号在上述变截面密闭空间内多次反射形成高声压驻波场；在等相位耦合腔的两侧壁对称位置处开通ロ，參考传声器和被校传声器分别安装在通口处；參考传声器与被校传声器还分别通过引出线连接信号放大器，信号放大器再连接计算机；其中，參考传声器监测等相位耦合腔内的声压幅值，通过信号放大器将实时的声压幅值传递给计算机，再由计算机控制信号源、进而控制等相位耦合腔内的声压幅值；通过測量參考传声器与被校传声器在不同声压级下的相位差即可得到传声器高声压-相移特性。如上所述的ー种传声器高声压-相移特性的检测装置，其所述的等相位耦合腔的外径为变截面反射端盖的外径的1/2 1/3倍；所述的驻波管的内径为变截面反射端盖的通孔内径的2 3倍。 如上所述的ー种传声器高声压-相移特性的检测装置，其所述的扬声器发出的简正声波信号在变截面密闭空间内多次反射形成高声压驻波场，该驻波场内声压级可达94 160dB，声波失真度< 1%。本实用新型的效果在于本实用新型所述的ー种传声器高声压-相移特性的检测装置，可实现等相位耦合腔内声压级的反馈控制，可发生上限160dB，下限94dB的声压信号，且失真度< 1% ;可以解决高声压级(140dB以上)环境下传声器灵敏度非线性相移的校准问题。
图I为采用压カ场耦合腔相对相位校准方法；图2为本实用新型所述的ー种传声器高声压-相移特性的检测装置结构示意图；图中1.被校传声器；2.有源耦合腔；3.信号源；4.标准传声器；5.计算机；6.信号采集卡；7.測量放大器；8.參考传声器；9.等相位耦合腔；10.变截面反射端盖；11.驻波管；12.扬声器；13.底面反射端；14.功率放大器；15.信号放大器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型所述的ー种传声器高声压-相移特性的检测装置作进ー步描述。如图2所示，本实用新型所述的ー种传声器高声压-相移特性的检测装置，其包括ー个倒“U”形的等相位耦合腔9，等相位耦合腔9固定连接在中心带有通孔的变截面反射端盖10上方；等相位耦合腔9的内径与变截面反射端盖10的通孔内径相等，等相位耦合腔9的外径为变截面反射端盖10的外径1/2 1/3倍(例如1/2倍或1/3倍)。驻波管11的顶端固定连接在变截面反射端盖10下方，驻波管11的底端固定连接在底面反射端13上；驻波管11的内径为变截面反射端盖10的通孔内径的2 3倍(例如2倍或3倍)，驻波管11的外径等于变截面反射端盖10的外径。通过等相位耦合腔9、变截面反射端10、驻波管11、底面反射端13共同组成ー个变截面密闭空间。在驻波管11内、底面反射端13上方固定有扬声器12。扬声器12通过引出线连接功率放大器14，功率放大器14还连接信号源3，信号源3再连接计算机5。其中，计算机5控制信号源3连接功率放大器14驱动扬声器12发出简正声波信号；扬声器12发出的简正声波信号在上述变截面密闭空间内多次反射形成高声压驻波场，驻波场内声压级可达94 160dB (例如94dB、140dB、150dB 或 160dB)，声波失真度< I %在等相位耦合腔9的两侧壁对称位置处开通ロ，參考传声器8和被校传声器3分别安装在通ロ处。參考传声器8与被校传声器3还分别通过引出线连接信号放大器15，信号放大器15再连接计算机5。其中，參考传声器8监测等相位耦合腔9内的声压幅值，通过信号放大器15将实时的声压幅值传递给计算机5，再由计算机5控制信号源3、进而控制等相位耦合腔9内的声压幅值，形成反馈控制回路。在等相位耦合腔9内具有传声器对称位置相位相等的特性，通过测量參考传声器8与被校传声器3在不同声压级下的相位差即可得到传声器高声压-相移特性。采用上述的传声器高声压-相移特性的检测装置的检测方法，其包括如下步骤 (a)由计算机5控制信号源3输出设定频率f、声压幅值PO的正弦信号，然后通过功率放大器14驱动驻波管11内的扬声器12发出声波信号；设定频率f为500 800Hz (例如:500Hz、600Hz、700Hz 或 800Hz)、声压幅值 PO 为 I 2000Pa(例如:lPa、lOOPa、IOOOPa或 2000Pa)。(b)步骤(a)中的扬声器12发出声波信号在变截面密闭空间内多次反射，形成稳态驻波场，使參考传声器8和被校传声器I感受到的声压幅值和相位都相等，且声压级达94 160dB (例如:94dB、140dB、150dB 或 160dB)，失真度< I % ；(c)參考传声器8采集到等相位耦合腔9内的声压幅值PO，通过信号放大器15将实时的声压信号转换为电信号传递给计算机5，计算机5实时分析这些数据，并调整信号源3的输出幅值，使等相位耦合腔9内声压幅值稳定保持在设定值PO，形成闭环控制回路；(d)将參考传声器8与被校传声器I采集到的信号进行互谱分析得到在频率f、声压幅值PO条件下被校传声器I相对參考传声器8的相位差，即得到传声器高声压-相移特性。
权利要求1.一种传声器高声压-相移特性的检测装置，其特征在于该装置包括ー个倒“U”形的等相位耦合腔(9)，等相位耦合腔(9)固定连接在中心带有通孔的变截面反射端盖(10)上方；等相位耦合腔(9)的内径与变截面反射端盖(10)的通孔内径相等，等相位耦合腔(9)的外径小于变截面反射端盖(10)的外径；驻波管(11)的顶端固定连接在变截面反射端盖(10)下方，驻波管(11)的底端固定连接在底面反射端盖(13)上；驻波管(11)的内径大于变截面反射端盖(10)的通孔内径，驻波管(11)的外径等于变截面反射端盖(10)的外径；通过等相位耦合腔(9)、变截面反射端盖(10)、驻波管(11)、底面反射端盖(13)形成ー个变截面密闭空间； 在驻波管(11)内、底面反射端盖(13)上方设有扬声器(12);扬声器(12)通过引出线连接功率放大器(14)，功率放大器(14)还连接信号源(3)，信号源(3)再连接计算机(5)；其中，计算机(5)控制信号源(3)连接功率放大器(14)驱动扬声器(12)发出简正声波信号；扬声器(12)发出的简正声波信号在上述变截面密闭空间内多次反射形成高声压驻波场； 在等相位耦合腔(9)的两侧壁对称位置处开通ロ，參考传声器(8)和被校传声器(3)分别安装在通ロ处；參考传声器(8)与被校传声器(3)还分别通过引出线连接信号放大器(15)，信号放大器(15)再连接计算机(5);其中，參考传声器⑶监测等相位耦合腔(9)内的声压幅值，通过信号放大器(15)将实时的声压幅值传递给计算机(5)，再由计算机(5)控制信号源(3)、进而控制等相位耦合腔(9)内的声压幅值；通过测量參考传声器(8)与被校传声器(3)在不同声压级下的相位差即可得到传声器高声压-相移特性。
2.根据权利要求I所述的ー种传声器高声压-相移特性的检测装置，其特征在于所述的等相位耦合腔(9)的外径为变截面反射端盖(10)的外径的1/2 1/3倍；所述的驻波管(11)的内径为变截面反射端盖(10)的通孔内径的2 3倍。
3.根据权利要求I或2所述的ー种传声器高声压-相移特性的检测装置，其特征在于所述的扬声器(12)发出的简正声波信号在变截面密闭空间内多次反射形成高声压驻波场，该驻波场内声压级可达94 160dB,声波失真度< I %。
专利摘要本实用新型提供一种传声器高声压-相移特性的检测装置。其通过等相位耦合腔、变截面反射端盖、驻波管、底面反射端盖形成一个变截面密闭空间；在驻波管内的扬声器连接功率放大器，功率放大器连接信号源，信号源连接计算机；参考传声器和被校传声器分别安装在等相位耦合腔的两侧壁处；参考传声器与被校传声器还连接信号放大器，信号放大器连接计算机。本实用新型装置可实现等相位耦合腔内声压级的反馈控制，可发生上限160dB，下限94dB的声压信号，且失真度＜1％；解决高声压级(140dB以上)环境下传声器灵敏度非线性相移的校准问题。
文档编号H04R29/00GK202488715SQ201220063970
公开日2012年10月10日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者刘鑫, 孙凤举, 朱刚, 杨晓伟, 闫磊 申请人:中国运载火箭技术研究院, 北京航天计量测试技术研究所