CN1202406C - 便携式检波器低频接收电压灵敏度特性测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检波器低频接收电压灵敏度特性测试装置，它包括声场和电路装置，声场装置为一内带驱动声源的声压罐，声压罐侧面装有信号输出和驱动输入连接插座，其中驱动输入连接插座在声压罐内通过导线与驱动声源相连，信号输出连接插座在声压罐内分别与标准检波器和被测检波器通过导线相连；罐底平面开有一圆形开口，用于安装固定驱动声源，驱动声源的喇叭口朝上固定在该圆形开口处；声场装置中的驱动输入连接插座通过电缆连接至电路装置中功率放大器的输出端，声场装置中的两个信号输出连接插座，一个通过电缆连接到电路装置中固定增益放大器的输入端；另一个通过电缆连接到电路装置中程控增益放大器的输入端。

Description

便携式检波器低频接收电压灵敏度特性测量仪

                        技术领域

本发明涉及一种电压灵敏度特性测量仪，特别是涉及一种压电式检波器低频接收电压灵敏度特性测试装置。

                        技术背景

以往对压电式检波器低频接收电压灵敏度特性的测量通常采用由特制测量箱、PC机、功放、A/D采集卡、打印机、标准检波器、连接电缆和专用操作软件等组成的测试系统进行，为了产生测量所需要的均匀声场和满足测量过程中箱体减震目的，测量箱体积达到80cm×80cm×80cm，重量达到200-300公斤以上，加上整个测量系统由多台整机和多个独立单元组成，使得操作复杂，尤其是搬运移动不便，因此，该测量系统只适合于实验室，工厂车间等场所测试和校准压电式检波器使用。由于压电式检波器大都用在井下或者是江、河、湖、泊等野外作业场所，经过一段时间的使用，压电式检波器本身的性能参数会有所改变，需要在使用现场重新测量标定，而以往由上述多个整机和笨重的测量箱组成的测试系统，很难拿到使用现场工作。

                        发明内容

本发明的目的在于提供一种由声场装置和电路装置两部分组成的便携式检波器低频接收电压灵敏度特性测量仪，其中声场装置为内置声源结构的密闭声压罐，其内部的声场较以往特制测量箱内的声场更为均匀稳定；而电路装置以单片机为核心，集声源驱动、信号采集、数据处理、结果输出等功能单元为一体，比以往由PC机、功放、A/D采集卡、打印机等多机结构组成的驱动测试系统更为简单；由两者构成的便携式检波器低频接收电压灵敏度特性测量仪不仅测量精度满足要求、性能稳定、可靠性好，而且操作简单，移动方便，能够适合野外作业使用。

本发明所采用的技术方案在于它仪由声场装置和电路装置两部分组成(如图1所示)，其中，声场装置包括罐壳体、上盖、提手、橡胶圈、锁紧机构、信号输出连接插座、驱动输入连接插座、支架、驱动声源、被测检波器以及标准检波器；而电路装置包含有电源、数控振荡器、功率放大器、固定增益放大器、程控增益放大器、A/D转换器、单片机、操作控键、显示器、存储器、微型打印机、报警装置和RS232标准串行接口。声压罐上盖上面的提手用于掀扣上盖以及移动整个声压罐，橡胶圈嵌入罐壳体和上盖间的结合部位，再配合锁紧机构对罐壳体与上盖之间进行密封；驱动声源是一只低频截止频率小于30Hz的动圈式电动扬声器或其它类型的电动扬声器，其喇叭口朝上固定在声压罐底端平面的圆形开口处，而扬声器的磁钢从声压罐底平面的圆形开口穿过伸向声压罐外；声压罐侧面的信号输出连接插座，在声压罐内分别与标准检波器以及被测检波器或水听器相连，在声压罐外通过专用电缆分别接到电路部分的固定增益放大器和程控增益放大器的输入端；声压罐侧面的驱动输入连接插座，在声压罐内与驱动声源(扬声器)相连，在声压罐外则通过专用电缆接到电路部分功率放大器的输出端。

所述的电路装置，它包括有声场驱动电路、信号采集转换电路、控制处理电路和测试结果输出电路；其中数控振荡器的输出与功率放大器的输入相连，再通过连接电缆送至声压罐内的驱动声源，构成声场驱动电路；固定增益放大器和程控增益放大器的输出接A/D转换器的输入，A/D转换器的输出与单片机的数据总线相连，程控增益放大器的增益控制端与单片机输出口相连，构成信号采集转换电路；单片机的输入口与操作控键相连，并外接扩展存储器组成控制处理电路；单片机扩展连接显示器、微型打印机、报警系统和RS232标准串行接口构成测试结果的输出电路。其中数控振荡器和功率放大器向声场装置提供所需的电激励信号；由固定增益放大器、程控增益放大器和A/D转换器完成对检波器或水听器低频接收电压灵敏度特性测量信号的采集与转换，由操作控键完成对仪器各种功能的选择与操作，由存储器对测量数据进行长时间的保存，由显示器、微型打印机和RS232标准串行接口对测量结果进行输出传送，由报警系统对不合格的测试结果进行报警；而单片机作为电路装置的最重要部分，按照预先编写好的程序控制着整个测量系统的工作过程。

本发明对于压电式检波器低频接收电压灵敏度特性的测量采用了声学测量中密闭腔比较法的工作原理，被测检波器与标准检波器放置于密闭声压罐内的均匀声场中(或等声压区域内)，在相同声压P作用下，被测检波器与标准检波器分别产生出两路与各自低频接收电压灵敏度相对应的电压信号V1和V2，设被测检波器与标准检波器各自的低频接收电压灵敏度分别是M1和M2，根据检波器接收电压灵敏度定义：M1＝V1/P和M2＝V2/P，两个灵敏度的比值M1/M2，实际上就是两个电压V1与V2的比值(见公式1)，由于标准检波器的低频接收电压灵敏度值M2为已知，因此，被测检波器的低频接收电压灵敏度值M1可以通过所测得的两个电压的比值V1/V2与已知的标准检波器低频接收电压灵敏度M2的乘积来得到，见公式(1)和(2)。

$\frac{M1}{M2}=\frac{\frac{V1}{P}}{\frac{V2}{P}}=\frac{V1}{V2}---\left(1\right)$

$M1=M2\frac{V1}{V2}---\left(2\right)$

具体的工作原理为：单片机控制数控振荡器产生一低频正弦波信号经功率放大器放大后通过连接电缆送至声压罐内的驱动声源，在声压罐内部形成一个均匀低频声场，声压罐内部的被测检波器与标准检波器在相同声压作用下，产生出两路与各自低频接收电压灵敏度相对应的电压信号，通过信号输出连接插座并经专用连接电缆分别送至程控增益放大器和固定增益放大器进行放大，再经过A/D转换器进行模数变换，然后送单片机做极性判别和数据处理，最后单片机将得到的测试数据送显示器显示或送微型打印机打印输出；操作控键一方面用于输入与修改系统参数、被测检波器样品编号，另一方面用于选择各项操作功能；存储器用于有选择地保存测量结果，RS232标准串行接口用于将存储器内保存的全部测量结果传给主控计算机进行转存或进一步处理，对于测量过程中出现的不符合要求的测试结果，报警装置会给出相应的报警提示；电源主要由免维护高能蓄电池、充电及电量检测电路构成，除了提供便携式检波器低频接收电压灵敏度特性测量仪室外工作的电源外，也可用市电边工作边充电。

电路装置部分的程序流程如图3所示，仪器开机后程序开始执行，首先对系统初始化，内容包括对单片机初始化，如定义I/O口种类、定时器/计数器种类及预置数初值、定义各中断类型和优先权、内外存储器分配方式和内容，串行通讯方式和波特率以及单片机外围设备的口地址和有关器件的初始状态。然后，仪器自检其工作状态，如声场情况、固定增益和程控增益两路放大器工作状况、A/D转换器情况等。自检不合格给出报警提示信号，供操作人员检测及排除故障使用；自检合格后程序运行到测量/输入选择处，供操作人员选择，当选择输入时，操作人员可以输入或修改如：标准检波器灵敏度值、被测检波器(或水听器)灵敏度上下限值、内含匹配变压器型检波器(或水听器)的直流电阻上下限值、工作频率等系统参数。否则直接进入测量，由操作人员输入被测检波器编号，供后面存储传输测量数据用。被测检波器编号输入完成后，单片机根据先前设置的工作频率启动数控正弦波振荡器工作，同时将激励电压信号送至声场装置中的驱动声源，以建立声场。声场稳定后，进行数据采集，单片机控制程控增益放大器的增益以便获取到合适的测试信号，再将放大后的代表标准检波器接收电压灵敏度、被测检波器(或水听器)接收电压灵敏度及内含匹配变压器型被测检波器(或水听器)直流电阻的各个信号分别送A/D转换器进行模数转换。然后对转换后的数据进行处理，首先计算被测检波器(或水听器)的低频接收电压灵敏度值、内含匹配变压器型检波器(或水听器)的直流电阻值，然后与先前设定的各自的上下限值进行比较，判断被测检波器(或水听器)的极性。数据处理完成后，进行数据输出，由数码显示器扫描显示测量结果，由微型打印机选择需要的测量结果进行打印，由报警装置对超出范围的测量结果进行报警。此时，如果需要保存测量数据可将测量数据按规定存储地址进行保存，否则转向下一次测量或显示前一次测量结果；如果需要向主控PC机传送测量结果，则可将存储器内保存的全部数据传送至主控PC机，否则也将转向下一次测量或显示前一次测量结果。

本发明的便携式检波器低频接收电压灵敏度特性测量仪能够对目前通常使用的各种压电式检波器(或水听器)的低频接收电压灵敏度值，检波器极性进行测量，也可以测量内含匹配变压器型检波器(或水听器)的直流电阻。

本发明的优点在于：

一.本发明的密闭声压罐结构设计，使得整个系统操作简单、移动携带方便，密闭声压罐内形成的声场较以往特制测量箱内的声场更为均匀稳定，对被测检波器的测量结果不但精度高、重复性好，而且还降低了测量过程中对被测检波器在声场中摆放位置的要求。

二.集多功能一体化的电路装置结构设计，不但使整机的成本降低，连接装配简化，还大大提高了整个系统工作的可靠性。

三.电路装置内部各种高性能电子元器件的选用，单片机主控信号处理自动化，使得测量过程中操作简化，效率提高。

四.整个测量系统不但适用于实验室，工厂车间等测试和校准压电式检波器(或水听器)的场所使用，更适用于各种野外作业场所(包括无动力电的场合)使用，适用性高。

                        附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为本发明的一种实施例结构示意图；

图3为本发明的程序流程图；

图面说明

1-罐壳体                            2-上盖

3-提手                              4-橡胶圈

5-锁紧机构                          6-7信号输出连接插座

8-驱动输入连接插座                  9-支架

10-驱动声源                         11-被测检波器

12-标准检波器                       13-15专用连接电缆

16-电源                             17-数控振荡器

18-功率发生器                       19-固定增益放大器

20-程控增益放大器                   21-A/D转换器

22-单片机                           23-操作控键

24-显示器                           25-存储器

26-微型打印机                       27-报警装置

28-RS232标准串行接口                29-30信号输入连接插座

31-驱动输出连接插座                 32-测量仪电源开关

33-测量仪电源指示灯

                        具体实施方式

现在结合上述附图来进一步说明本发明的较佳具体实施例，本实施例主要由声场装置和电路装置两部分组成(如图1所示)，其中，声场装置包含罐壳体1、上盖2、提手3、橡胶圈4、锁紧机构5、信号输出连接插座6和7、驱动输入连接插座8、支架9、驱动声源10、被测检波器11以及标准检波器12；而电路装置包含有电源16、数控振荡器17、功率放大器18、固定增益放大器19、程控增益放大器20、A/D转换器21、单片机22、操作控键23、显示器24、存储器25、微型打印机26、报警装置27和RS232标准串行接口28。本实施例具体结构如图2所示，左边是声场装置，一内带驱动声源的声压罐(主要指罐壳体1和上盖2)，其直径为36mm，高为40mm，由铸铝材料制作；声压罐为密闭金属罐，由罐壳体1和上盖2组成，上盖2上面有一个提手3，橡胶圈4嵌入罐壳体和罐上盖2间的结合部位，并有一对可将罐壳体1与上盖2密封配合的锁紧机构5安装在罐壳体端口外侧对称位置；该锁紧机构5采用两个球头螺拴、两个旋转手柄和两个旋转固定销钉，每个球头螺拴、旋转手柄和旋转固定销钉组成一套锁紧装置，两套锁紧装置对称分布在罐壳体1外端口两侧；或该锁紧机构5采用类似于高压锅上的壳体1与上盖2密封配合的锁紧方式。罐底平面开有一用于安装固定驱动声源的圆形开口，驱动声源是一只低频截止频率为30Hz、内阻4Ω、最大输出功率60瓦、直径为6英寸的内磁式高保真电动扬声器，其喇叭口朝上固定在声压罐底端平面的圆形开口处，扬声器的磁钢从声压罐底平面的圆形开口穿过伸向声压罐外，扬声器上的两个电极用导线连接到驱动输入连接插座位于声压罐内的一端；声压罐下面的支架9由三根φ20×120mm的硬铝棒来承担，声压罐内的标准检波器选用一只无匹配变压器型压电式检波器来承担，外形尺寸为φ15m×40m。右边是仪器部分，它包含了上述电路装置中的各个部分，其中操作控键23、显示器24、微型打印机26、报警装置27和RS232标准串行接口28被分布在仪器的前面板上，其余部分则被设计在仪器箱体内的主板上，另外，固定增益放大器19和程控增益放大器20的输入端、功率放大器18的输出端也被引到前面板的接插座(29、30、31)上。驱动声源上的两个电极用导线连接到驱动输入连接插座位于声压罐内的一端；声场装置中信号输出连接插座6通过电缆13连接至电路装置中固定增益放大器19的输入端；声场装置中信号输出连接插座7通过电缆14连接至电路装置中程控增益放大器20输入端；声场装置中驱动输入连接插座8通过电缆15连接至电路装置中功率放大器18的输出端。

测量前先将声压罐与仪器部分用三根专用电缆按图2所给的方式连接起来，打开上盖，检查声压罐内标准检波器的连接是否正确，在声压罐内放置和连接好被测检波器或水听器，扣好上盖并用锁紧装置锁紧。然后打开仪器前面电源开关32，电源指示灯33亮，仪器开始工作，根据需要选择操作控键区内的相关按钮、开关可以进行“输入\测量”选择。输入状态下可对系统参数进行输入或修改、对声场频率及工作方式进行设定；在测量状态下，可进行输入测试样品编号，启动测量、锁定显示、即时打印、数据存储、数据传送等一系列操作。如果选择测量状态，仪器提示输入被测样品编号、样品编号输入后启动测量，此时，单片机根据设定的工作方式产生正弦波振荡信号，在声压罐内形成声场；标准和被测两只检波器在声场中产生的两路接收电压灵敏度信号分别送固定增益放大器和程控增益放大器进行放大，单片机可以根据被测检波器接收电压灵敏度信号的大小调节程控增益放大器的增益，以获得合适的幅度，然后控制A/D转换器分别对所获取的两路信号进行模数转换，将其转换成数字信号后再进行计算和处理，最后将各种测量结果送显示器循环扫描显示出来(本显示器选用五位LED数码管组成，其中四位显示有效数字，一位显示极性)；单片机在数据处理过程中如发现不符合预先设定要求的数据结果，将通过报警装置给出提示(报警装置由发光二极管和压电蜂鸣器组成，报警方式为声光报警)；用户还可以根据需要选择操作控键区内相关按钮，进行显示锁定、即时打印、数据存储等操作；如果仪器与主控PC机相联，还可进行数据传输，将仪器存储器保留的全部内容送主控计算机进行进一步保存和处理(以上仪器的程序流程参见图3)。

以上为本发明实施例的一个基本工作过程，从被测检波器放入密闭声压罐内连接好引线，并盖好锁紧上盖，启动测量开始，到测量结束显示数据，全部过程只需时间40秒钟左右，大大低于原来声箱测试系统所需时间，且测量精确度满足要求、测量重复性良好，从而实现了可靠、实用、便捷的压电式检波器低频电压接收灵敏度特性的测量。

Claims (3)

1.一种便携式检波器低频接收电压灵敏度特性测量仪，由声场装置和电路装置组成，其特征是：所述的声场装置为一内带驱动声源的声压罐，所述的声压罐是一密闭金属罐，它由罐壳体(1)和上盖(2)组成，上盖(2)上面有一个提手(3)，橡胶圈(4)嵌入罐壳体(1)和罐上盖(2)之间的结合部位，并有一对可将罐壳体(1)与上盖(2)密封配合的锁紧机构(5)安装在罐壳体端口外侧对称位置；声压罐侧面装有信号第一输出连接插座(6)、第二输出连接插座(7)和驱动输入连接插座(8)，其中驱动输入连接插座在声压罐内，通过导线与驱动声源(10)相连，信号第一输出连接插座(6)和第二输出连接插座(7)在声压罐内通过导线分别与标准检波器(12)以及被测检波器(11)相连；支架(9)固定在声压罐底，罐底平面开有一用于安装固定驱动声源的圆形开口，驱动声源为一只电动扬声器，其喇叭口朝上固定在声压罐底端平面的圆形开口处，驱动声源的磁钢从声压罐底平面的圆形开口穿过伸向声压罐外，驱动声源上的两个电极用导线连接到驱动输入连接插座位于声压罐内的一端；声场装置中信号第一输出连接插座(6)通过电缆(13)连接至电路装置中固定增益放大器(19)的输入端；声场装置中信号第二输出连接插座(7)通过电缆(14)连接至电路装置中程控增益放大器(20)输入端；声场装置中驱动输入连接插座(8)通过电缆(15)连接至电路装置中功率放大器(18)的输出端；

所述的电路装置，它包括有声场驱动电路、信号采集转换电路、控制处理电路和测试结果输出电路；其中数控振荡器(17)的输出与功率放大器(18)的输入相连，再通过连接电缆送至声压罐内的驱动声源，构成声场驱动电路；固定增益放大器(19)和程控增益放大器(20)的输出接A/D转换器(21)的输入，A/D转换器(21)的输出与单片机(22)的数据总线相连，程控增益放大器(20)的增益控制端与单片机(22)输出口相连，构成信号采集转换电路；单片机(22)的输入口与操作控键(23)相连，并外接扩展存储器(25)组成控制处理电路；单片机(22)扩展连接显示器(24)、微型打印机(26)、报警系统(27)和RS232标准串行接口(28)构成测试结果的输出电路。

2.按权利要求1所述的便携式检波器低频接收电压灵敏度特性测量仪，其特征是：所述的驱动声源是一低频截止频率30Hz、阻抗为4Ω、最大输出功率60瓦，且直径为六英寸的动圈式电动扬声器。

3.按权利要求1所述的便携式检波器低频接收电压灵敏度特性测量仪，其特征是：所述的锁紧机构包括两个球头螺拴、两个旋转手柄和两个旋转固定销钉，每个球头螺拴、旋转手柄和旋转固定销钉组成一套锁紧装置，两套锁紧装置对称分布在罐壳体(1)外端口两侧，或所述的锁紧机构是用于高压锅上的壳体(1)与上盖(2)密封配合的锁紧机构。

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