CN112649087B - 基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法及装置 - Google Patents

基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开提出的基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法及装置，通过包括产生正弦振动信号；采用正弦振动信号及其产生的正弦噪声信号对参考传声器和被测噪声传感器进行激励，使参考传声器输出第一正弦电信号和被测噪声传感器输出第二正弦电信号；采集第一正弦电信号和第二正弦电信号，得到第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值、第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差；根据第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值、第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差进行解耦，得到被测噪声传感器的振动灵敏度。可以实现振动和噪声信号的解耦，提高噪声传感器振动灵敏度校准的准确性；通过对被测噪声传感器和参考传声器相位的测量，实现振动灵敏度参数的频率响应校准。

Description

基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法及装置
技术领域
本公开属空气声和振动计量技术领域，特别涉及一种基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法及装置。
背景技术
噪声传感器的振动灵敏度是由振动引起的输出误差。噪声传感器的膜片具有质量，当噪声传感器安装位置有振动信号时，其振动信号会对传感器的膜片产生一个惯性力，使其发生位移，这个位移使传感器产生一定量的电信号，使噪声传感器产生输出误差。当噪声传感器用于综合环境下的噪声测量时，它在工作过程中可能会遭遇较大的振动加速度，使其对噪声的精确测量变得困难，为满足复杂环境的噪声测试需要，需要对噪声传感器的振动灵敏度进行测量。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法及装置，可以实现振动和噪声信号的解耦，提高噪声传感器振动灵敏度校准的准确性；通过对被测噪声传感器和参考传声器相位的测量，实现振动灵敏度参数的频率响应校准。
根据本公开的一方面，提出了一种基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法，所述方法包括：
利用振动台产生一个正弦振动信号；
采用所述正弦振动信号及其产生的正弦噪声信号对参考传声器和被测噪声传感器进行激励，使所述参考传声器输出第一正弦电信号和被测噪声传感器输出第二正弦电信号；
采集所述第一正弦电信号和所述第二正弦电信号，得到所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差；
根据所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差进行解耦计算，得到所述被测噪声传感器的振动灵敏度。
在一种可能的实现方式中，所述第二正弦电信号由所述第一正弦电信号和所述正弦振动信号的叠加而成。
根据本公开的另一方面，提出了一种基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准装置，所述装置包括：振动台、参考传声器、被测噪声传感器、参考加速度计、数据采集仪和支架；参考传声器、被测噪声传感器、参考加速度计分别与所述数据采集仪连接；所述参考传声器固定在支架上，所述被测噪声传感器设置在所述振动台的台面上，所述参考加速度计设置在所述振动台的台面下，所述被测噪声传感器和所述参考传声器相对设置。
在一种可能的实现方式中，所述被测噪声传感器的探头和所述参考传声器的探头相对设置
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括夹具，所述夹具固定在振动台的台面上。
在一种可能的实现方式中，所述被测噪声传感器的探头向上安装在夹具里，通过所述夹具固定在所述振动台上。
在一种可能的实现方式中，所述支架的高度可调。
在一种可能的实现方式中，所述参考传声器的探头朝下安装在所述支架上。
本公开提出的基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法，通过包括产生一个正弦振动信号；采用所述正弦振动信号及其产生的正弦噪声信号对参考传声器和被测噪声传感器进行激励，使所述参考传声器输出第一正弦电信号和被测噪声传感器输出第二正弦电信号；采集所述第一正弦电信号和所述第二正弦电信号，得到所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差；根据所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差进行解耦计算，得到所述被测噪声传感器的振动灵敏度。可以实现振动和噪声信号的解耦，提高噪声传感器振动灵敏度校准的准确性；通过对被测噪声传感器和参考传声器相位的测量，实现振动灵敏度参数的频率响应校准。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法流程图。
图2示出根据本公开一实施例的基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准装置示意图。
图3示出根据本公开一实施例的噪声传感器固定方式示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准装置，利用标准振动台为噪声传感器提供已知大小的振动信号，从噪声传感器的结构特点和声振耦合原理入手，对传感器膜片接收到的信号进行声振解耦，分离出传感器的振动灵敏度。
图1示出根据本公开一实施例的基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法流程图。如图1所示，该方法可以包括：
步骤S11：产生一个正弦振动信号。
其中，可以利用振动台产生输出正弦振动信号，振动台可以采用标准的振动台。开启振动台产生输出一个稳定的标准正弦振动信号。
步骤S12：采用所述正弦振动信号及其产生的正弦噪声信号对参考传声器和被测噪声传感器进行激励，使所述参考传声器输出第一正弦电信号和被测噪声传感器输出第二正弦电信号。
其中，第一正弦电信号为参考传声器输出的，由正弦振动产生的正弦噪声信号。
在一示例中，第二正弦电信号由正弦振动产生的正弦噪声信号(大小同第一正弦电信号)和正弦振动信号的叠加而成。振动台激振时，正弦振动信号和由正弦振动产生的正弦噪声信号同时作用在被测噪声传感器的膜片上。被测噪声传感器的膜片自身无法分辨其变形是来自于正弦振动信号还是正弦噪声信号，因此，被测噪声传感器输出第二正弦电信号其输出电信号是正弦噪声信号(第一正弦电信号)和正弦振动信号的叠加。
假设由正弦振动信号和第一正弦电信号分别产生的电输出为：
Va＝Asinωt (1)，
Figure RE-GDA0002974398050000051
其中，Va为振动台输出的正弦振动信号，A为幅值，ω为正弦振动信号和第一正弦电信号(噪声信号)的频率。
Vs为第一正弦电信号，即噪声信号，B为幅值，
Figure RE-GDA0002974398050000052
为正弦振动信号和第一正弦电信号(噪声信号)之间的相位差。
假设被测噪声传感器的振动灵敏度为Sa，单位mV/g，参考传声器的声压灵敏度为Ss，单位mV/pa，则有
A＝Sa·a(3)，B＝Ss·p (4)
其中，a为振动加速度，单位g，p为声压，单位pa。
步骤S13：采集所述第一正弦电信号和所述第二正弦电信号，得到所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差。
可以利用示波器等测量仪器采集第一正弦电信号(噪声信号)和第二正弦电信号，得到第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，通过互相关频谱分析得到第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差。
步骤S14：根据所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差进行解耦计算，得到所述被测噪声传感器的振动灵敏度。
假设数据采集仪测量第二正弦电信号的总输出为V，则V为：
Figure RE-GDA0002974398050000053
对公式(5)进行整理为：
Figure RE-GDA0002974398050000054
且
Figure RE-GDA0002974398050000055
Figure RE-GDA0002974398050000061
其中，C为第二正弦电信号的幅值，
Figure RE-GDA0002974398050000062
为第二正弦电信号的相位，可以计算出第一正弦电信号(噪声信号)的相位
Figure RE-GDA0002974398050000063
和第二正弦电信号的相位
Figure RE-GDA0002974398050000064
之间的关系：
Figure RE-GDA0002974398050000065
采用实验室校准方法，参考传声器的声压灵敏度Ss可以通过实验室校准得到。被测噪声传感器输出的第二正弦电信号的幅值C和参考传声器输出的第一正弦电信号(噪声信号)的幅值B可以通过测量仪器(示波器等)测量得到，通过互相关谱分析得到被测噪声传感器和参考传声器的相位差
Figure RE-GDA0002974398050000066
将一正弦电信号(噪声信号)的幅值B、第二正弦电信号的幅值C、被测噪声传感器和参考传声器的相位差
Figure RE-GDA0002974398050000067
代入公式(9)，计算确定第二正弦电信号的相位
Figure RE-GDA0002974398050000068
和第一正弦电信号(噪声信号)的相位
Figure RE-GDA0002974398050000069
的具体数值，再代入公式(7)计算得到振动台产生的正弦振动信号的幅值A。校准时，在被测噪声传感器的工作频率范围内取点，测量各个频率点上的振动灵敏度，例如，选择频率为250Hz的频率点时，振动加速度为5g，最终通过公式(3)计算得到被测噪声传感器的振动灵敏度Sa。
本公开提出的基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法，通过包括产生一个正弦振动信号；采用所述正弦振动信号及其产生的正弦噪声信号对参考传声器和被测噪声传感器进行激励，使所述参考传声器输出第一正弦电信号和被测噪声传感器输出第二正弦电信号；采集所述第一正弦电信号和所述第二正弦电信号，得到所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差；根据所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差进行解耦计算，得到所述被测噪声传感器的振动灵敏度。可以实现振动和噪声信号的解耦，提高噪声传感器振动灵敏度校准的准确性；通过对被测噪声传感器和参考传声器相位的测量，实现振动灵敏度参数的频率响应校准。
图2示出根据本公开一实施例的基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准装置示意图。该装置可以采用上述方法进行噪声传感器振动灵敏度校准。如图2所示，该装置可以包括振动台、参考传声器、被测噪声传感器、参考加速度计、数据采集仪和支架；其中，参考传声器、被测噪声传感器和参考加速度计分别与数据采集仪相连接。参考传声器固定在支架上，被测噪声传感器设置在振动台的台面上，参考加速度计设置在振动台的台面下，被测噪声传感器和参考传声器相对设置。
图3示出根据本公开一实施例的噪声传感器固定方式示意图。
在一示例中，如图2和图3所示，该装置还可以包括夹具，所述夹具固定在振动台的台面上。被测噪声传感器的探头向上安装在夹具里，通过夹具固定在振动台的台面上，能够防止因空间密闭造成声波反射。被测噪声传感器的振动灵敏度具有方向性，膜片轴向平行于振动方向时振动灵敏度最大，在校准时应注意安装角度。
在一示例中，支架的高度可调。参考传声器的探头朝下的安装在支架上，通过调节支架的高度能够使参考传声器靠近被测噪声传感器，使被测噪声传感器的探头和参考传声器的探头面对面相对设置。其中，参考传声器与被测噪声传感器尽量靠近固定，使用被测噪声传感器的探头和参考传声器的探头面对面的固定方式，能够在不发生碰撞的前提下间距尽可能小，以获得相同的噪声声压场。支架可以独立于振动台而单独放置，必要时进行隔震处理，以免受到振动信号的干扰。
应用示例
在基于声振解耦对噪声传感器振动灵敏度校准时，采用实验室校准方法，利用示波器、万用表等测量设备测量参考传声器的声压灵敏度、被测噪声传感器和参考传声器的幅频响应和相频响应。将被测噪声传感器的探头朝上安装到夹具里，将夹具固定在标准振动台的台面上。将参考传声器的探头朝下固定在支架上，通过调节支架的高度，使参考传声器的探头靠近被测噪声传感器的探头。开启振动台，振动台产生输出一个稳定的标准正弦振动输出信号以及一个由振动产生的正弦噪声信号；通过数据采集仪(例如示波器)得到被测噪声传感器的输出电压信号幅值和参考传声器的输出电压信号幅值，利用互相关谱分析得到被测噪声传感器与参考传声器间的相位差。通过参考传声器测量出的声压，计算该声压下的被测噪声传感器的电信号；计算被测噪声传感器总输出信号和输出信号的相位、根据被测噪声传感输出信号的幅值和相位计算被振动台输出标准正弦信号的幅值；根据参考加速度计的实时显示得到当前时刻的被测噪声传感器的振动加速度，将得到的已知参数值代入到上述校准方法的相应公式中，计算的到被测噪声传感器的振动灵敏度；重复上述校准流程，能够得到被测噪声传感器在其工作频率范围内的振动灵敏度。
本公开的基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准装置，通过包括振动台、参考传声器、被测噪声传感器、参考加速度计、数据采集仪和支架；其中，参考传声器、被测噪声传感器和参考加速度计分别与数据采集仪相连接。参考传声器固定在支架上，被测噪声传感器设置在振动台的台面上，参考加速度计设置在振动台的台面下，被测噪声传感器和参考传声器相对设置。可以实现振动和噪声信号的解耦，提高噪声传感器振动灵敏度校准的准确性；通过对被测噪声传感器和参考传声器相位的测量，实现振动灵敏度参数的频率响应校准，且重复该校准流程，能够得到被测噪声传感器在其工作频率范围内的振动灵敏度。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种基于声振解耦的噪声传感器振动灵敏度校准方法，其特征在于，所述方法包括：
产生一个正弦振动信号；
采用所述正弦振动信号及其产生的正弦噪声信号对参考传声器和被测噪声传感器进行激励，使所述参考传声器输出第一正弦电信号和被测噪声传感器输出第二正弦电信号；
采集所述第一正弦电信号和所述第二正弦电信号，得到所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差；
根据所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的幅值，以及所述第一正弦电信号和第二正弦电信号的相位差进行解耦计算，得到所述被测噪声传感器的振动灵敏度。
2.根据权利要求1所述的振动灵敏度校准方法，其特征在于，所述第二正弦电信号由所述第一正弦电信号和所述正弦振动信号的叠加而成。
3.一种执行权利要求1或2所述的噪声传感器振动灵敏度校准方法的校准装置，其特征在于，所述装置包括：振动台、参考传声器、被测噪声传感器、参考加速度计、数据采集仪和支架；参考传声器、被测噪声传感器、参考加速度计分别与所述数据采集仪连接；所述参考传声器固定在支架上，所述被测噪声传感器设置在所述振动台的台面上，所述参考加速度计设置在所述振动台的台面下，所述被测噪声传感器和所述参考传声器相对设置。
4.根据权利要求3所述的振动灵敏度校准装置，其特征在于，所述被测噪声传感器的探头和所述参考传声器的探头相对设置。
5.根据权利要求4所述的振动灵敏度校准装置，其特征在于，所述装置还包括夹具，所述夹具固定在振动台的台面上。
6.根据权利要求5所述的振动灵敏度校准装置，其特征在于，所述被测噪声传感器的探头向上安装在夹具里，通过所述夹具固定在所述振动台上。
7.根据权利要求4所述的振动灵敏度校准装置，其特征在于，所述支架的高度可调。
8.根据权利要求7所述的振动灵敏度校准装置，其特征在于，所述参考传声器的探头朝下安装在所述支架上。
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