CN106556459A - 一种用于低频声源测试的双端面的力声互易装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，该装置包括：壳体，第一激振器，第二激振器，顶杆，第一阻抗头，第二阻抗头，第一传感器底座，第二传感器底座，垫片，发射端端面薄板，接收端端面薄板，大橡胶密封圈，小橡胶密封圈，填料函和隔板；该填料函位于该壳体的外表面上；该装置分为发射端和接收端，中部设有隔板；在该发射端中，该第一激振器安装并固定在该隔板的中部；该第一激振器的顶部的力输出杆，该第一顶杆，该第一阻抗头，该第一传感器底座和该发射端端面薄板依次串联连接；在该接收端，该第二激振器同样固结在该隔板的中部，该第二阻抗头，该第二传感器底座，该接收端端面薄板依次串联连接。

Description

一种用于低频声源测试的双端面的力声互易装置和方法

技术领域

本发明涉及声学测量技术领域，特别涉及一种用于低频声源测试的双端面的力声互易装置和方法。

背景技术

目前，声源的辐射强度或辐射性能测试通常在标准的实验室中进行，例如全消声实验室，半消声实验室，混响实验室。但是，这些实验室的建造费用比较昂贵，且不适用于现场测试。

现有的一些非标准实验室声源辐射特性测试方法，例如时延谱法，脉冲FFT法，适用于任意环境。但是，其应用范围仅适用于任意环境下的中高频声源辐射特性的测试。因此，任意环境中的低频声源辐射特性测试还是一个比较难解决的问题，

互易原理是一种普遍存在于线性，无源，稳定的动力学系统中的物理规律。根据互易原理测量单极子声源的辐射特性。

发明内容

本发明的目的在于，为解决在任意环境中对低频声源的辐射特性进行测试的问题，本发明提供了一种用于低频声源测试的双端面的力声互易装置和方法。

本发明提供了一种用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，该装置包括：壳体，第一激振器，第二激振器，顶杆，第一阻抗头，第二阻抗头，第一传感器底座，第二传感器底座，垫片，发射端端面薄板，接收端端面薄板，大橡胶密封圈，小橡胶密封圈，填料函和隔板。所述的填料函位于所述的壳体的外表面上，所述的壳体是一个对称的双腔结构，所述的壳体的中部设有所述的隔板，将其分为发射端和接收端。在所述的发射端中，所述的第一激振器安装并固定在所述的隔板的中部。所述的第一激振器的顶部的力输出杆，所述的第一顶杆，所述的第一阻抗头，所述的第一传感器底座和所述的发射端端面薄板依次串联连接。所述的第一传感器底座和所述的发射端端面薄板之间安装有所述的小橡胶密封圈，所述的发射端端面薄板和所述的壳体之间安装有所述的大橡胶密封圈并且通过螺栓固定在所述的壳体的端面上。在所述的接收端，所述的第二激振器同样固结在所述的隔板的中部，所述的第二阻抗头与所述的第二激振器的顶部的力输出杆隔离开，且所述的第二阻抗头，所述的第二传感器底座，所述的接收端端面薄板依次串联连接。所述的第二传感器底座和所述的接收端端面薄板之间安装有所述的小橡胶密封圈，所述的接收端端面薄板和所述的壳体之间安装有所述的大橡胶密封圈并且通过螺栓固定在所述的壳体的端面上。

所述的壳体呈圆柱状或者方形，或者其他形状的中心对称结构；所述的壳体分为两个对称的腔体或者两个不对称的腔体。

所述的发射端的第一激振器和所述的接收端的第二激振器的外形是完全相同的，另外，二者的型号和质量可以完全相同或者不完全相同。

所述的填料函用于允许所述的第一，第二激振器的电源线和所述的传感器的信号线穿过所述的壳体，同时保证结构的水密。

所述的发射端采用的是所述的第一阻抗头与其顶部的该力输出杆直接连接，或者采用力传感器与其顶部的该力输出杆直接连接。

所述的发射端内的第一阻抗头输出力信号，所述的接收端内的第二阻抗头输出速度信号。

一种用于测试低频声源的幅频特性的方法，具体步骤如下：

步骤一，将所述的力声互易装置的接收端放置在相对于待测声源一定距离的位置，进行正向实验，同时记录待测声源的驱动信号和所述的接收端的该第二阻抗头的速度信号；

步骤二，将所述的力声互易装置垂直轴向，180度旋转，在所述的发射端内的该第一激振器通以电流或电压，驱动所述的发射端端面薄板振动发声，充作声源；同时在所述的待测声源中心处放置所述的传声器，进行反向实验，记录待该待测声源的声压信号和所述的发射端的该第一阻抗头的力信号；

步骤三，根据步骤一和步骤二所测得的数据结果，进行数据处理，再通过公式，计算该待测声源的辐射强度或者辐射性能。具体的公式如下：

其中f表示频率，V(f)和I(f)分别表示正向实验中接收端第二阻抗头速度信号和待测声源的驱动电流信号、F(f)和P(f)分别表示反向实验中发射端第一阻抗头的力信号和传声器声压信号，Q(f)和分别表示声源的辐射强度和辐射性能。

本发明的优点在于：适用于各种复杂的环境，适合现场测试；该装置集成度高，使用方便，便于运输、安装；该装置有密封处理，能适应水下一定深度的压力，因此同样适用于水声换能器的测试；适用于低频测试，可以测量单极子声源的低频辐射强度或者辐射特性。

附图说明

图1是本发明的双端面力声互易装置的示意图

图2是本发明的双端面力声互易装置的A-A截面图

图3是本发明的根据双端面力声互易装置的测试低频声源的辐射特性的正向实验示意图

图4是本发明的根据双端面力声互易装置的测试低频声源的辐射特性的反向实验示意图

1、壳体 2、发射端

3、顶杆 4、第一阻抗头

5、小橡胶密封圈 6、第一传感器底座

7、垫片 8、发射端面薄板

9、大橡胶密封圈 10、第一激振器

11、接收端面薄板 12、填料函

13、接收端 14、待测声源

15、传声器 16、隔板

17、第二激振器 18、第二阻抗头

19、第二传感器底座

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1、2所示，本发明提供了一种用于低频声源的双端面的力声互易装置，该装置呈圆柱状，其包括：壳体1，第一激振器10，第二激振器17，顶杆3，第一阻抗头4，第二阻抗头18，第一传感器底座6，第二传感器底座19，垫片7，发射端端面薄板8，接收端端面薄板11，大橡胶密封圈9，小橡胶密封圈5，填料函12和隔板16。所述的填料函12位于所述的壳体1的外表面上，所述的壳体1是一个对称的双腔结构，，所述的壳体1的中部设有所述的隔板16，将其分为发射端2和接收端13。在所述的发射端2中，所述的第一激振器10安装并固定在所述的隔板16的中部，所述的第一激振器10的顶部的力输出杆，所述的第一顶杆3，所述的第一阻抗头4，所述的第一传感器底座6和所述的发射端端面薄板8依次串联连接，所述的第一传感器底座6和所述的发射端端面薄板8之间安装有所述的小橡胶密封圈5，所述的发射端端面薄板8和所述的壳体1之间安装有所述的大橡胶密封圈9并且通过螺栓固定在所述的壳体1的端面上；在所述的接收端13，所述的第二激振器17同样固结在所述的隔板16的中部，所述的第二阻抗头18与所述的第二激振器17的顶部的力输出杆隔离开，且与所述的第二传感器底座19和所述的接收端端面薄板11依次串联连接，所述的第二传感器底座19和所述的接收端端面薄板11之间安装有所述的小橡胶密封圈5，所述的接收端端面薄板11和所述的壳体1之间安装有所述的大橡胶密封圈9并且通过螺栓固定在所述的壳体1的端面上。

所述的发射端2的第一激振器10和所述的接收端13的第二激振器17的外形是完全相同的，且二者的型号和质量是完全相同的。

所述的填料函12用于允许所述的第一激振器10，第二激振器17的电源线和传感器15的信号线穿过所述的壳体1，同时保证结构的水密。

所述的发射端2采用的是所述的第一阻抗头4与所述的第一激振器10的顶部的力输出杆直接连接。

所述的发射端2内的第一阻抗头4输出力信号，所述的接收端13内的第二阻抗头18输出速度信号。

如图3、4所示，一种用于低频声源的测试幅频特性的方法，具体步骤如下：

步骤一，将所述的力声互易装置的接收端13放置在相对于待测声源14有3米距离的位置，进行正向实验，同时记录待测声源的驱动信号和所述的接收端13的该第二阻抗头18的速度信号；

步骤二，将所述的力声互易装置垂直轴向，180度旋转，在所述的发射端2内的该第一激振器10通以电流或电压，驱动所述的发射端端面薄板8振动发声，充作声源；同时在所述的待测声源14中心处放置所述的传声器15，进行反向实验，记录待该待测声源14的声压信号和所述的发射端2的该第一阻抗头4的力信号；

步骤三，根据步骤一和步骤二所测得的数据结果，进行数据处理，再通过公式，计算该待测声源的辐射强度或者辐射性能。具体的公式如下：

其中f表示频率，V(f)和I(f)分别表示正向实验中接收端第二阻抗头速度信号和待测声源的驱动电流信号、F(f)和P(f)分别表示反向实验中发射端第一阻抗头的力信号和传声器声压信号，Q(f)和分别表示声源的辐射强度和辐射性能。

在其他的具体实施例中，所述的壳体1也可以是方形，或者其他形状的中心对称结构；所述的壳体1也可以分为两个不对称的腔体。所述的发射端端面薄板8和接受端面薄板11与壳体1的连接方式可以是所述的固定安装，也可以采用其他减小耦合的安装方式，如通过折簧、橡胶等方式。所述的发射端2的第一激振器10和所述的接收端13的第二激振器17的型号和质量也可以不完全相同。所述的发射端2也可以采用力传感器与所述的第一激振器10的顶部的力输出杆直接连接。所述的接收端13也可以采用加速度计与所述的第二激振器17的顶部的力输出杆直接连接。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，该装置包括：壳体，第一激振器，第二激振器，顶杆，第一阻抗头，第二阻抗头，第一传感器底座，第二传感器底座，垫片，发射端端面薄板，接收端端面薄板，大橡胶密封圈，小橡胶密封圈，填料函和隔板；所述的填料函位于所述的壳体的外表面上；所述的壳体的中部设有所述的隔板，将其分为发射端和接收端；在所述的发射端中，所述的第一激振器安装并固定在所述的隔板的中部；所述的第一激振器的顶部的力输出杆，所述的第一顶杆，所述的第一阻抗头，所述的第一传感器底座和所述的发射端端面薄板依次串联连接；在所述的接收端，所述的第二激振器同样固结在所述的隔板的中部，所述的第二阻抗头与所述的第二激振器的顶部的力输出杆隔离开，且所述的第二阻抗头，所述的第二传感器底座，所述的接收端端面薄板依次串联连接。

2.根据权利要求1所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，所述的第一传感器底座和所述的发射端端面薄板之间安装有所述的小橡胶密封圈。

3.根据权利要求1所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，所述的发射端端面薄板和所述的壳体之间安装有所述的大橡胶密封圈并且通过螺栓固定在所述的壳体的端面上。

4.根据权利要求1所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，所述的第二传感器底座和所述的接收端端面薄板之间安装有所述的小橡胶密封圈。

5.根据权利要求1所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，所述的接收端端面薄板和所述的壳体之间安装有所述的大橡胶密封圈并且通过螺栓固定在所述的壳体的端面上。

6.根据权利要求1所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，所述的壳体呈圆柱状或者方形，或者其他形状的中心对称结构；所述的壳体分为两个对称的腔体或者两个不对称的腔体。

7.根据权利要求1所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，所述的发射端的第一激振器和所述的接收端的第二激振器的外形是完全相同的，另外，二者的型号和质量是完全相同或者不完全相同。

8.根据权利要求1所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，所述的填料函用于允许所述的第一，第二激振器的电源线和所述的传感器的信号线穿过所述的壳体，同时保证结构的水密。

9.根据权利要求1所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，所述的发射端采用的是所述的第一阻抗头与其顶部的该力输出杆直接连接，或者采用力传感器与其顶部的该力输出杆直接连接。

10.根据权利要求1所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，其特征在于，所述的发射端内的第一阻抗头输出力信号，所述的接收端内的第二阻抗头输出速度信号。

11.基于权利要求1-10所述的用于低频声源测试的双端面的力声互易装置，所实现的一种用于测试低频声源的幅频特性的方法，具体步骤如下：

步骤一，将所述的力声互易装置的接收端放置在相对于待测声源的位置，进行正向实验，同时记录待测声源的驱动信号和所述的接收端的该第二阻抗头的速度信号；

步骤二，将所述的力声互易装置垂直轴向，180度旋转，在所述的发射端内的该第一激振器通以电流或电压，驱动所述的发射端端面薄板振动发声，充作声源；同时在所述的待测声源中心处放置所述的传声器，进行反向实验，记录待该待测声源的声压信号和所述的发射端的该第一阻抗头的力信号；

步骤三，根据步骤一和步骤二所测得的数据结果，进行数据处理，再通过公式，计算该待测声源的辐射强度或者辐射性能；具体的公式如下：

$Q\left(f\right)=\frac{V\left(f\right)F\left(f\right)}{P\left(f\right)}$

$\stackrel{\‾}{Q}\left(f\right)=\frac{V\left(f\right)F\left(f\right)}{P\left(f\right)I\left(f\right)}$

其中f表示频率，V(f)和I(f)分别表示正向实验中接收端第二阻抗头的速度信号和待测声源的驱动电流信号、F(f)和P(f)分别表示反向实验中发射端第一阻抗头的力信号和传声器声压信号，Q(f)和分别表示声源的辐射强度和辐射性能。