CN107687892A - 一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法，该装置包括：容器，所述容器内盛放流体介质，所述容器的侧壁设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔密封连接平板活塞，所述第二通孔密封连接活动装置；所述平板活塞依次连接第一加速度计及发声装置；或者，所述平板活塞连接固定装置，所述活动装置依次连接力传感器及所述发声装置，并在所述第一通孔朝向所述第二通孔的一侧设置待测声传感器。本发明通过构造出满足互易性质的流固耦合系统并激励运动发声，对获取的参数进行处理后，能够准确测量工作条件在变压器油等流体介质中的声传感器的灵敏度。

Description

一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法

技术领域

本发明涉及声学测量领域，具体涉及一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法。

背景技术

变压器可以分为油浸式变压器和干式变压器。其中，油浸式变压器中为了加强绝缘和冷却条件，变压器的铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中。为了对油浸式变压器的本体噪声进行检测，开发出了耐变压器油的声传感器。

为了对耐变压器油的声传感器的灵敏度进行检测，现有技术中通常采用与水听器校准相同的比对法或互易测试方法。其中，比对法是采用灵敏度已知的标准水听器与待测水听器进行比对，获取待测水听器的灵敏度；而互易测试是应用电声互易原理来校准接收换能器(标准传声器或标准水听器)的一种精确方法，此方法被国际电工委员会(IEC)确定为标准方法。电声互易原理是指线性、无源、可逆的电声换能器(互易换能器)，在用作接收器时的接收灵敏度和用作发射器的发送响应之比为一常数，此常数称为互易常数。

因此，现有技术至少存在以下技术缺陷：若采用比对法，需要一个灵敏度已知的标准水听器，其灵敏度实际是在水中的灵敏度；当标准水听器放到变压器油中时，由于水的阻抗和变压器油的阻抗不一样，标准水听器的灵敏度会发生一定变化，导致测量不准确，同时其封装材料可能被变压器油腐蚀造成标准水听器损坏；若采用互易测试方法，需要开发耐变压器油腐蚀的互易换能器，实现起来也较为困难。

发明内容

针对现有技术中存在的上诉缺陷，本发明提供一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法。

本发明的一方面提供一种声传感器低频灵敏度的测试装置，包括：容器，所述容器内盛放流体介质，所述容器的侧壁设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔密封连接平板活塞，所述第二通孔密封连接活动装置；所述平板活塞依次连接第一加速度计及发声装置；或者，所述平板活塞连接固定装置，所述活动装置依次连接力传感器及所述发声装置，并在所述第一通孔朝向所述第二通孔的一侧设置待测声传感器。

其中，所述发声装置包括激振器和顶杆，所述激振器与所述顶杆连接；所述顶杆与所述第一加速度计连接；或者，所述顶杆与所述力传感器连接。

其中，所述活动装置包括活动平板和第二加速度计，所述第二加速度计与所述活动平板连接；所述第二加速度计与所述力传感器连接。

其中，所述第一通孔和所述第二通孔相对设置。

其中，所述流体介质包括变压器油、纯水、海水、煤油或酒精；所述活动平板为不锈钢板。

本发明另一方面提供一种根据上述装置的声传感器低频灵敏度的测试方法，包括：S1，以第一运动速度激励所述平板活塞运动发声并获取所述活动装置的第二运动速度；S2，以作用力激励所述活动装置运动发声并获取所述待测声传感器的电压；S3，根据所述第一运动速度、所述平板活塞的面积、所述第二运动速度、所述作用力和所述电压获取所述待测声传感器的灵敏度。

其中，所述步骤S1进一步包括：通过激振器激励所述平板活塞运动发声，并获取所述平板活塞的第一运动速度以及所述活动平板的第二运动速度；所述步骤S2进一步包括：通过激振器激励所述活动平板运动发声，并获取所述活动平板受到的所述作用力以及所述待测声传感器的电压。

其中，所述步骤S3进一步包括：通过以下方式获取所述待测声传感器的灵敏度，

式中，f为频率，S为所述平板活塞的面积，V₁(f)为所述第一运动速度，V₂(f)为所述第二运动速度，F₂(f)为所述作用力，E(f)为所述待测声传感器的电压。

其中，所述步骤S2前还包括：固定所述平板活塞，并在所述平板活塞的正前方设置所述待测声传感器。

其中，通过所述第一加速度计获取所述第一运动速度，通过所述第二加速度计所述第二运动速度，通过所述力传感器获取所述作用力。

本发明提供的声传感器低频灵敏度的测试装置和方法，通过构造出满足互易性质的流固耦合系统并激励运动发声，对获取的参数进行处理后，能够准确测量工作条件在变压器油等流体介质中的声传感器的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置的第一状态的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置的第二状态的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试方法的流程示意图；

图中，1：容器；2：平板活塞；3：活动平板；4：第一加速度计；5：第二加速度计；6：激振器；7：顶杆；8：力传感器；9：待测声传感器；10：固定装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置是为了测量用于变压器油等流体介质中的声传感器的灵敏度，以下以测量用于测量油浸式变压器本体噪声的声传感器的灵敏度为例对本发明实施例进行说明，但本发明实施例的保护范围不限于此。

图1为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置的第一状态的结构示意图，图2为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置的第二状态的结构示意图，如图1和图2所示，所述装置包括：容器1，所述容器1内盛放流体介质，所述容器1的侧壁设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔密封连接平板活塞2，所述第二通孔密封连接活动装置；所述平板活塞2依次连接第一加速度计4及发声装置；或者，所述平板活塞2连接固定装置，所述活动装置依次连接力传感器8及所述发声装置，并在所述第一通孔朝向所述第二通孔的一侧设置待测声传感器9。

具体地，容器1可以为诸如圆形或方形的多种形状之一；容器1中可以盛放流体介质，该流体介质与待测声传感器的工作环境相对应，例如待测声传感器为耐变压器油的声传感器，则流体介质为变压器油。

在容器1的侧壁上设置两个通孔；第一通孔与平板活塞2密封连接，第二通孔与活动装置密封连接，平板活塞2和活动装置均可以进行运动发声；并且平板活塞2和活动装置被流体介质完全浸没。

在第一状态下，平板活塞2与第一加速度计4及发声装置连接，平板活塞2运动发声。

在第二状态下，平板活塞2连接固定装置10，平板活塞2被固定。活动装置通过力传感器8与发声装置连接，活动装置运动发声。

本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置，通过构造出满足互易性质的流固耦合系统并激励运动发声，对获取的参数进行处理后，能够准确测量工作条件在变压器油等流体介质中的声传感器的灵敏度。

在上述实施例的基础上，所述发声装置包括激振器6和顶杆7，所述激振器6与所述顶杆7连接；所述顶杆7与所述第一加速度计4连接；或者，所述顶杆7与所述力传感器8连接。

其中，激振器(vibration exciter)是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振器能使被激物件获得一定形式和大小的振动量，从而对物体进行振动和强度试验，或对振动测试仪器和传感器进行校准。

如图1所示，在第一状态下，发声装置中的顶杆7与第一加速度计4连接，以激励平板活塞2运动发声。

如图2所示，在第二状态下，发声装置中的顶杆7通过力传感器8与活动装置连接，以激励活动装置运动发声。

在上述实施例的基础上，所述活动装置包括活动平板3和第二加速度计5，所述第二加速度计5与所述活动平板3连接；所述第二加速度计5与所述力传感器8连接。

具体地，第二加速度计5与活动平板3连接，用于测量活动平板3的速度；在第二状态下，第二加速度计5与力传感器8连接，使得力传感器8能够获取到使活动平板3运动发声的作用力的值。

在上述实施例的基础上，所述第一通孔和所述第二通孔相对设置。具体地，将两个通孔相对设置，能够使待测声传感器9输出的电压值较大，使得灵敏度的检测结果更加精确。

在上述实施例的基础上，所述流体介质包括变压器油、纯水、海水、煤油或酒精；所述活动平板为不锈钢板。

本发明实施例提供的测试装置可以对应用在多种介质中的声传感器的灵敏度进行测试，具有广泛的使用场景。

其中，不锈钢板表面光洁，有较高的可塑性、韧性和机械强度，耐酸、碱性气体、溶液和其他介质的腐蚀，能够很好的适应各种流体介质；活动平板3可以为不锈钢板，具体可以为不锈钢薄板，例如2mm厚的不锈钢圆形薄板。

图3为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试方法的流程示意图，如图3所示，包括：S1，以第一运动速度激励所述平板活塞运动发声并获取所述活动装置的第二运动速度；S2，以作用力激励所述活动装置运动发声并获取所述待测声传感器的电压；S3，根据所述第一运动速度、所述平板活塞的面积、所述第二运动速度、所述作用力和所述电压获取所述待测声传感器的灵敏度。

在步骤S1中，进行第一状态下的测试，以第一运动速度激励平板活塞在流体介质中运动发声，同时测量活动装置的第二运动速度。

在步骤S2中，进行第一状态下的测试，以作用力激励活动装置在流体介质中运动发声，同时测量作用力的值和待测声传感器输出的电压。

应当说明的是，上述步骤S1和步骤S2在时间顺序上是可以互换的，本发明实施例仅以激励平板活塞运动发声，获取活动装置的速度的步骤在先进行说明，本发明实施例的保护范围不限于此。

在步骤S3中，根据步骤S1中获取的第一运动速度和第二运动速度，以及步骤S2中获取的作用力和电压，以及平板活塞的面积可以得到待测声传感器的灵敏度。

本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试方法，通过构造出满足互易性质的流固耦合系统并激励运动发声，对获取的参数进行处理后，能够准确测量工作条件在变压器油等流体介质中的声传感器的灵敏度。

在上述实施例的基础上，所述步骤S1进一步包括：通过激振器激励所述平板活塞运动发声，并获取所述平板活塞的第一运动速度以及所述活动平板的第二运动速度；所述步骤S2进一步包括：通过激振器激励所述活动平板运动发声，并获取所述活动平板受到的所述作用力以及所述待测声传感器的电压。

具体地，在步骤S1中，进行第一状态下的测试，通过激振器对平板活塞进行激励，使平板活塞在流体介质中水平运动发声，并同时测量平板活塞的运动速度，该运动速度即为第一运动速度；而活动平板受到平板活塞运动发声的作用，也产生了移动，活动平板的运动速度即为第二运动速度。

具体地，在步骤S2中，进行第二状态下的测试，第二状态与第一状态满足互易性质条件；通过激振器对活动平板进行激励，使第活动平板在流体介质中水平运动发声，并同时测量活动平板受到的来自激振器的作用力，以及待测声传感器在流体介质中输出的电压值。

在上述实施例的基础上，所述步骤S3进一步包括：通过以下方式获取所述待测声传感器的灵敏度，

式中，f为频率，S为所述平板活塞的面积，V₁(f)为所述第一运动速度，V₂(f)为所述第二运动速度，F₂(f)为所述作用力，E(f)为所述待测声传感器的电压。

其中，在步骤S3之前可以对平板活塞的面积S进行测量。

在上述实施例的基础上，所述步骤S2前还包括：固定所述平板活塞，并在所述平板活塞的正前方设置所述待测声传感器。

具体地，在进行步骤S2前，需要对平板活塞进行固定，例如采用固定装置进行固定。另外，在进行步骤S1中，无需将待测声传感器放入流体介质中，因此需要在步骤S2前，将待测声传感器设置在平板活塞的正前方，例如正前方1cm处。

在上述实施例的基础上，通过所述第一加速度计获取所述第一运动速度，通过所述第二加速度计所述第二运动速度，通过所述力传感器获取所述作用力。

为了说明上述本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置和方法，以下举例进行说明。

采用上述实施例提供的测试装置和方法对耐变压器油的声传感器的灵敏度进行测试。硬壁容器1的一侧安装面积为S的圆形硬质平板活塞2，在另一侧安装一块2mm厚的不锈钢圆形薄板3，硬壁容器1内的变压器油完全浸没平板活塞2和不锈钢圆形薄板3。

进行基于声声互易原理的灵敏度测试，测试主要分为三个步骤：

步骤1：如图2所示，进行第一状态下测试；使用激振器6通过顶杆7激励平板活塞2水平运动发声，并在顶杆7和平板活塞2之间串联第一加速度计4以测量平板活塞2的运动速度；在不锈钢薄板3的中心位置安装第二加速度计5，以测得不锈钢薄板3在水平方向的运动速度。

步骤2：如图3所示，进行第二状态下测试；通过固定装置10固定平板活塞2，在平板活塞2的正前方1cm处放置待测声传感器9，使用激振器6通过顶杆7激励不锈钢圆形薄板3发声，保持第二加速度计5的位置不变，同时在第二加速度计5和顶杆7之前串联接入力传感器8，可测得激振器6传递到不锈钢薄板3和第二加速度计5上的作用力，以及待测声传感器9的输出电压。

步骤3：通过力声互易原理得到待测声传感器的灵敏度的计算公式(1)，根据以上步骤测得的数据进行计算，获取待测声传感器9的灵敏度。

本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置和方法，利用金属结构与变压器油介质构造一个满足互易性质的流固耦合系统，并利用平板活塞声源在低频时的点声源性质作为体积速度源，并根据力声互易原理得到待测声传感器灵敏度；该方法理论依据充分，系统搭建简单，能准确测量声传感器在变压器油介质中的低频灵敏度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种声传感器低频灵敏度的测试装置，其特征在于，包括：

容器，所述容器内盛放流体介质，所述容器的侧壁设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔密封连接平板活塞，所述第二通孔密封连接活动装置；

所述平板活塞依次连接第一加速度计及发声装置；或者，

所述平板活塞连接固定装置，所述活动装置依次连接力传感器及所述发声装置，并在所述第一通孔朝向所述第二通孔的一侧设置待测声传感器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述发声装置包括激振器和顶杆，所述激振器与所述顶杆连接；

所述顶杆与所述第一加速度计连接；或者，

所述顶杆与所述力传感器连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述活动装置包括活动平板和第二加速度计，所述第二加速度计与所述活动平板连接；

所述第二加速度计与所述力传感器连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述第一通孔和所述第二通孔相对设置。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述流体介质包括变压器油、纯水、海水、煤油或酒精；

所述活动平板为不锈钢板。

6.一种根据权利要求3装置的声传感器低频灵敏度的测试方法，其特征在于，包括：

S1，以第一运动速度激励所述平板活塞运动发声并获取所述活动装置的第二运动速度；

S2，以作用力激励所述活动装置运动发声并获取所述待测声传感器的电压；

S3，根据所述第一运动速度、所述平板活塞的面积、所述第二运动速度、所述作用力和所述电压获取所述待测声传感器的灵敏度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述步骤S1进一步包括：

通过激振器激励所述平板活塞运动发声，并获取所述平板活塞的第一运动速度以及所述活动平板的第二运动速度；

所述步骤S2进一步包括：

通过激振器激励所述活动平板运动发声，并获取所述活动平板受到的所述作用力以及所述待测声传感器的电压。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：

通过以下方式获取所述待测声传感器的灵敏度，

<mrow> <mi>M</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>E</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>S</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>F</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>V</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>

式中，f为频率，S为所述平板活塞的面积，V₁(f)为所述第一运动速度，V₂(f)为所述第二运动速度，F₂(f)为所述作用力，E(f)为所述待测声传感器的电压。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S2前还包括：

固定所述平板活塞，并在所述平板活塞的正前方设置所述待测声传感器。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述第一加速度计获取所述第一运动速度，通过所述第二加速度计所述第二运动速度，通过所述力传感器获取所述作用力。