CN111289095B - 一种传感器校准用正弦压力波标准源及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感器校准用正弦压力波标准源及其工作方法，其技术特点是：一个活塞安装在内腔中，内腔安装在外腔里，内腔与外腔间有多个悬挂柱连接，一个声口穿透外腔壁连接到内腔壁并与内腔连通，内腔与外腔之间是绝热的和隔振的，活塞运动时在内腔产生压力波输出到声口，活塞是密封无泄漏的，固定在内腔和外腔壁上，活塞通过杠杆连接到偏心盘上，电机通过减速器后带动偏心盘转动，进而通过杠杆带动活塞上下运动在内腔产生幅值固定的正弦压力波，改变偏心盘的偏心量或者改变杠杆的支点位置，就可以改变正弦波的幅度，改变偏心盘的转速就可以改变压力波的频率，电机与转速控制器连接，电源向电机和控制器供电。

Description

一种传感器校准用正弦压力波标准源及其工作方法

技术领域

本发明属于声学传感器技术领域，尤其是一种传感器校准用正弦压力波标准源。

背景技术

现有的次声传声器校准器,有电动扬声器驱动的高声压校准器,也还有振动台激励的活塞驱动，和普通的电机驱动的活塞式等。前者通常由于扬声器振膜的隔声量小而易受环境干扰，要求环境噪声很低才能使用，扬声器驱动式校准器还同时由于音膜软导致在一定压力下非线性现象严重，在0.1Hz-10Hz范围幅值曲线较平坦，而在10Hz以上容易受扬声器阻抗曲线起伏而不平坦。振动台驱动的活塞式和普通的电机驱动的活塞式校准器往往由于压力泄漏、导热而存在明显的低频误差大和波形畸变的问题，同时隔声效果不好导致对环境噪声敏感。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术问题，提供一种传感器校准用正弦压力波标准源，并进一步提供一种基于上述正弦压力波标准源的工作方法，以解决现有校准器低频偏差大和畸变问题，降低环境噪声的干扰，精度可达到0.01%(万分之一)。

技术方案：一种传感器校准用正弦压力波标准源，包括腔体组件和传动组件两大部分。

其中，腔体组件，包括相互连接固装在一起的内腔和外腔；

传动组件，包括电机，连接在所述电机的输出一端的减速器，与所述减速器的输出一端连接的偏心盘；

所述电机通过所述减速器带动所述偏心盘转动，进而通过杠杆带动活塞上下运动在所述内腔产生幅值固定的正弦压力波。

在进一步的实施例中，正弦压力波标准源包括连杆、套管、支点、油缸、活塞、柔性波导管、声口、杠杆支点、杠杆、控制器、电源，所述活塞与油缸密封连接，所述活塞固装在连杆头上，所述连杆穿过所述套管连接到所述杠杆上，所述油缸与所述套管密封连接，所述套管穿过所述内腔壁和所述外腔壁并与二者固装，所述杠杆由所述电机及减速器带动作上下运动，所述柔性波导管穿透所述内腔壁连接到所述外腔壁，所述柔性波导管穿透所述外腔壁连接到所述声口，所述活塞安装在所述油缸里，通过所述套管固定在所述内腔和所述外腔壁上，所述活塞通过所述连杆连接到腔外的所述杠杆上，所述杠杆的一端连接到所述偏心盘上。

在进一步的实施例中，改变偏心轮的偏心量或者改变杠杆的支点位置从而改变正弦波的幅度，所述电机与所述转速控制器连接，所述电源向所述电机和所述控制器供电。

在进一步的实施例中，所述内腔与所述外腔之间绝热和隔声，所述内腔和外腔同为刚性，所述内腔与所述外腔之间由多个支点连接固装在一起。

在进一步的实施例中，连接在所述内腔和外腔之间的支点不少于3个。

在进一步的实施例中，所述活塞上下运行时在所述内腔产生正弦压力波，压力波通过所述柔性波导管输出到所述声口，所述活塞与所述油缸密封安装。

在进一步的实施例中，所述内腔与外腔为球形、圆柱形、扁弧形、方形中的一种，所述活塞和油缸安装的外腔的外面，由活塞密封驱动产生正弦压力波。

一种传感器校准用正弦压力波标准源包括以下工作方法：所述活塞受所述连杆带动，所述连杆由所述杠杆带动，所述电机及所述减速器带动所述偏心盘作圆周转动时，所述偏心盘带动所述杠杆作上下运动，进而带动所述活塞运动产生幅值固定的正弦压力波，改变偏心轮的偏心量或者改变杠杆的支点位置从而改变正弦波的幅度。

在进一步的实施例中，通过改变电机转速和减速器的减速比输出不同频率的正弦波，此时幅度不变，当电机转速为3 r/m至3000r/m，减速比为25时，声口输出正弦波频率对应0.002Hz至2Hz；当电机转速为3r/m至3000r/m时，减速比为1时，声口输出正弦波频率对应0.05Hz至50Hz，依此类推。

在进一步的实施例中，偏心盘的偏心量越大，杠杆的上下运动幅度越大，活塞的上下运行行程就越大，输出正弦压力波的幅度就越大，活塞运动改变的容积要小于内腔容积的0.01%，从而保证输出正弦波的失真度小于0.01%。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用双层腔，将外界噪声对压力波的干扰降到了最低，输出信噪比达到很高。同时增加了隔热效果，避免了由于热传导引起低频压力波的畸变，使得对0.001Hz至0.1Hz仍然具有很低的失真度。

2、采用密封式活塞，完全杜绝了压力泄漏，避免了普通活塞校准器低频失真大的问题，可保证0.001Hz至50Hz范围输出幅值恒定。

3、本发明中的活塞可以保证足够隔声量的前提下负载足够小，可以采用极小扭矩的电机，使得驱动部件的噪声降低。

附图说明

图1是本发明第一种实施例的结构示意图；

图2是本发明第二种实施例的结构示意图；

图中，1-声口，2-活塞，3-内腔，4-外腔，5-悬挂柱，6-杠杆，7-偏心盘，8-减速器，9-电机，10-控制器，11-电源，12-曲轴。

具体实施方式

申请人认为，现有的振动台激励的活塞式和普通的电机驱动的活塞式校准器往往由于压力泄漏、导热而存在明显的低频误差大和波形畸变的问题，同时隔声效果不好导致对环境噪声敏感。电动扬声器驱动的高声压校准器通常由于扬声器振膜的隔声量小而易受环境干扰，要求环境噪声很低才能使用，扬声器驱动式校准器还同时由于音膜软导致在一定压力下非线性现象严重。

为此，本发明通过设计一种传感器校准用正弦压力波标准源，解决现有校准器低频偏差大和畸变问题，降低环境噪声的干扰，精度可达到0.01%。

本发明涉及一种正弦压力波标准源，其特征在于：包括声口1，活塞2，内腔3，外腔4，悬挂柱5，杠杆6，偏心盘7，减速器8，电机9，控制器10，电源11，曲轴12。所述活塞2穿过所述外腔4的壁和所述内腔3的壁并与二者固装，所述电机9和所述减速器8带动的所述偏心盘转动而带动所述杠杆6作上下运动，所述声口1穿透所述外腔4的壁连接到所述内腔3的壁并与内腔连通，所述活塞2与所述内腔3和所述外腔4固装并连通到内腔，所述活塞2通过所述杠杆6连接到所述偏心盘7上，所述电机9通过所述减速器8后带动所述偏心盘7转动，进而通过所述杠杆6带动所述活塞2上下运动，所述电机8与所述转速控制器10连接，所述电源11向所述电机9和所述控制器10供电。所述曲轴12可以用来代替所述杠杆6。

应该说明的是，所述内腔3和所述外腔4的隔振能力，以及所述活塞2的隔声能力决定了输出压力波的信噪比，所述内腔3和所述外腔4的隔热能力，以及所述活塞2、所述声口1等处的泄漏会导致低频压力波的误差和失真。

下面给出一个实施例，对本发明进一步说明：

实施例1

一种正弦压力波标准源，如图1所示，包括：声口1，活塞2，内腔3，外腔4，悬挂柱5，杠杆6，偏心盘7，减速器8，电机9，控制器10，电源11。所述声口1穿透所述外腔4的壁连接到所述内腔3的壁并与内腔连通，所述活塞2与所述内腔3和所述外腔4密封固装并连通到内腔，所述活塞2通过所述杠杆6连接到所述偏心盘7上，所述电机9与所述减速器8连接，所述减速器8与所述偏心盘7连接，所述偏心盘7与所述杠杆6连接，所述电机9通过所述减速器8后带动所述偏心盘7转动，进而通过所述杠杆6带动所述活塞2上下运动，所述电机8与所述转速控制器10连接，所述电源11向所述电机9和所述控制器10供电。

本发明的工作原理为：

电机通过减速器转动偏心盘，通过杠杆带动活塞上下运动，改变了内腔的综合容积，引起压力变化。

活塞运动产生的压力变化公式为：

=a/>

式中是活塞运动改变的容积。/>是泄漏和热传导引起的压力变化。

a 是与结构和腔内静态压力有关的系数，良好的设计可以让该系数受的影响最小，同时可让该系数与温度的关联最小。

工作时，被校验传感器安装在声口1上，紧密连接，让声口1的中心孔与传感器的输入孔直通，控制器10给电机9设定转速，加电后电机9按照设定的转速转动，通过减速器8降低转速后带动偏心盘7转动，偏心盘7带动杠杆6运动，杠杆6带动活塞运动，在内腔3中产生按照正弦规律变化的压力波，当电机9转速为3至3000r/m且减速比为25时，声口1输出正弦波频率对应0.002Hz至2Hz，当电机9转速为3至3000r/m时而减速比为1时，声口1输出正弦波频率对应0.05Hz至50Hz，依此类推。只要被校验传感器与声口1连接处不漏气，该压力波的幅值就恒定，并且能够在0.002Hz频率输出幅值不变的正弦波。调节偏心盘7的偏心量或者调节杠杆6的变比可以调节压力波的幅度。

该正弦压力波标准源由于具有良好的隔声效果，并且对温度的敏感性较弱，既可以工作在安静的房间，也可以工作在普通房间，或者工业车间，甚至交通噪声较大的野外环境。

实施例2

与实施例1原理相同，一种正弦压力波标准源，如图2所示，包括：声口1，活塞2，内腔3，外腔4，悬挂柱5，偏心盘7，减速器8，电机9，控制器10，电源11，曲轴12。与实施例1的不同之处是，活塞2安装在腔体外,偏心盘7通过曲轴12与带动活塞2运动，外腔4和内腔3是圆柱形。这些改变后只要保证足够的刚性、绝热性和防泄漏性能，不会影响所产生的压力波的特性。

所述声口1穿透所述外腔4的壁连接到所述内腔3的壁并与内腔连通，所述活塞2与所述内腔3和所述外腔4密封固装并连通到内腔，所述活塞2通过所述杠杆6连接到所述偏心盘7上，所述电机9与所述减速器8连接，所述减速器8与所述偏心盘7连接，所述偏心盘7与所述曲轴12连接，所述电机9通过所述减速器8后带动所述偏心盘7转动，进而通过所述曲轴12带动所述活塞2上下运动，所述电机8与所述转速控制器10连接，所述电源11向所述电机9和所述控制器10供电。

需要特别说明的是，内腔和外腔的形式有多种，可以是球形、圆柱形、扁弧形、方形等，只要是内腔套装在外腔里，二者之间用悬挂柱连接，就都属于本发明的权利要求范畴。同时活塞和油缸也可以安装在腔体的外面，由活塞密封驱动产生正弦压力波，都属于本发明保护的范畴。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (5)

1.一种传感器校准用正弦压力波标准源，其特征是包括：腔体组件和传动组件，所述腔体组件包括相互连接固装在一起的内腔和外腔；所述传动组件包括电机，连接在所述电机的输出一端的减速器，与所述减速器的输出一端连接的偏心盘；所述电机通过所述减速器带动所述偏心盘转动，进而通过杠杆带动活塞上下运动在所述内腔产生幅值固定的正弦压力波；

传感器校准用正弦压力波标准源还包括连杆、套管、支点、油缸、活塞、柔性波导管、声口、杠杆支点、杠杆、控制器、电源，所述活塞与油缸密封连接，所述活塞固装在连杆头上，所述连杆穿过所述套管连接到所述杠杆上，所述油缸与所述套管密封连接，所述套管穿过内腔壁和外腔壁并与二者固装，所述杠杆由电机及减速器带动作上下运动，所述柔性波导管穿透所述内腔壁连接到所述外腔壁，所述柔性波导管穿透所述外腔壁连接到所述声口，所述活塞安装在所述油缸里，通过所述套管固定在所述内腔和所述外腔壁上，所述活塞通过所述连杆连接到腔外的所述杠杆上，所述杠杆的一端连接到偏心盘上；

改变偏心轮的偏心量或者改变杠杆的支点位置从而改变正弦波的幅度；所述电机与转速控制器连接，所述电源向所述电机和所述控制器供电；

所述内腔与所述外腔之间绝热和隔声，所述内腔和外腔同为刚性，所述内腔与所述外腔之间由多个支点连接固装在一起；

所述活塞上下运行时在所述内腔产生正弦压力波，压力波通过所述柔性波导管输出到所述声口，所述活塞与所述油缸密封安装；所述声口隔振且隔热；

所述活塞受所述连杆带动，所述连杆由所述杠杆带动，所述电机及所述减速器带动所述偏心盘作圆周转动时，所述偏心盘带动所述杠杆作上下运动，进而带动所述活塞运动产生幅值固定的正弦压力波，改变偏心轮的偏心量或者改变杠杆的支点位置从而改变正弦波的幅度；

电机通过减速器转动偏心盘，通过杠杆带动活塞上下运动，改变了内腔的综合容积，引起压力变化；

活塞运动产生的压力变化公式为：

；

式中是活塞运动改变的容积；/>是泄漏和热传导引起的压力变化；a 是与结构和腔内静态压力有关的系数，良好的设计可以让该系数受/>的影响最小，同时可让该系数与温度的关联最小。

2.根据权利要求1所述的一种传感器校准用正弦压力波标准源，其特征在于：连接在所述内腔和外腔之间的支点不少于3个。

3.根据权利要求1所述的一种传感器校准用正弦压力波标准源，其特征在于：所述内腔与外腔为球形、圆柱形、扁弧形、方形中的一种，所述活塞和油缸安装的外腔的外面，由活塞密封驱动产生正弦压力波。

4. 根据权利要求1所述的一种传感器校准用正弦压力波标准源，其特征在于：通过改变电机转速和减速器的减速比输出不同频率的正弦波，此时幅度不变，当电机转速为3 r/m至3000r/m，减速比为25时，声口输出正弦波频率对应0.002Hz至2Hz；当电机转速为3r/m至3000r/m时，减速比为1时，声口输出正弦波频率对应0.05Hz至50Hz，依此类推。

5.根据权利要求4所述的一种传感器校准用正弦压力波标准源，其特征在于：偏心盘的偏心量越大，杠杆的上下运动幅度越大，活塞的上下运行行程就越大，输出正弦压力波的幅度就越大，活塞运动改变的容积要小于内腔容积的0.01%，从而保证输出正弦波的失真度小于0.01%。