CN204463610U

CN204463610U - 一种次声波演示装置

Info

Publication number: CN204463610U
Application number: CN201520053867.3U
Authority: CN
Inventors: 李益民; 仲照东
Original assignee: Shenzhen Polytechnic
Current assignee: Shenzhen Polytechnic
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2025-01-26

Abstract

本实用新型公开了一种次声波演示装置。次声波演示装置包括次声波发生器、葫芦形共振腔体传感器、信号采集处理器，葫芦形共振腔体传感器与信号采集处理器连接。本实用新型结构设计巧妙，葫芦形共振腔体传感器通过在一个密封的葫芦形空间内根据压强的大小来测得一个变化的电压量，这个腔体对于次声波信号的微小变化都会引起较大的腔体内压强较大的变化，经过这一级的放大，轻微的震动就会引起气体压强传感器腔里的压强变化，从而检测到次声波信号。演示装置应用了传感器、数字信号处理等多种技术，可以进行连续的数据采集、存储、实时波形显示。

Description

一种次声波演示装置

技术领域

本实用新型涉及次声波探测技术领域，具体涉及一种次声波演示装置。

背景技术

次声波频率在0~20Hz之间，由于频率很低，次声波是一种人耳听不到的低频波。次声波在大气中传播时会引起空气的扰动，从而引起空气的压力、密度及空气质点的微小位移。检测次声波时如捕捉到这些微小的空气变化，就可获得次声波的许多参量。

可以实现次声波采样已有的传感器有许多种，如表1所示，采用的测试原理和方法也有很多种。

表1

传感器种类	特点
		压电陶瓷式	输出的直流响应差，对于次声波的接收反应不灵敏。外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，抗干扰差，桌子的振动，风的吹动都会引起电势差的较大变化。
动圈式话筒	通过与振膜紧密相连的导线线圈根据声压变化在磁场中不断运动来完成。具有较好的抗干扰性，但是受力面积太小，信号很弱，导致灵敏度太低。
		电容式	把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化，电容变化量灵敏度低。

以上的方法都有各自的局限性，本实用新型采用了一种全新的测试方法，即基于气体压强变化的测试方法。次声波接收传感器是通过测量空气中微小气流变化而感应次声波信号的，由于次声波的声压很小，只有几十到几百Pa的数量级，这种声压引起的气流变化是比较微小的，引起的机械膜片变形也是极为微小的，因此，想用一个很小的机械截面在次声波中引起的机械位移直接检测到次声波形信号是非常困难的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种次声波演示装置，该装置能通过测量次声波引起传感器腔体内气体压强变化而检测次声波强度并进行显示。

一种次声波演示装置，其包括次声波发生器、次声波传感器、信号采集处理器，次声波传感器的输出与信号采集处理器的输入连接，信号采集处理器用于采集、处理及显示次声波信号。

进一步的，所述次声波传感器包括葫芦形共振腔体和微气压计，葫芦形共振腔体包括相互连通的第一腔体和第二腔体，第一腔体体积小于和第二腔体体积；第一腔体的一端开口，用于接收次声波信号，另一端与第二腔体连通形成葫芦形结构；第二腔体的底部即葫芦形共振腔体与微气压计的气体输入端连接。

进一步的，所述葫芦形共振腔体的密封材料采用透明薄膜。

进一步的，所述透明薄膜采用保鲜膜。

进一步的，所述葫芦形共振腔体的体积大于微气压计内部腔体的体积。

进一步的，所述第一腔体的一端开口面积大于微气压计的气体输入端面积。

进一步的，所述信号采集处理器包括信号放大电路、低通率波电路、频率触发波形整形电路、A/D转换电路、32位RAM控制芯片电路、电压/分贝转换器和显示电路，信号放大电路与低通率波电路连接，低通率波电路分别与频率触发波形整形电路、A/D转换电路、电压/分贝转换器连接，电压/分贝转换器还与A/D转换电路连接，频率触发波形整形电路、A/D转换电路的输出均通过32位RAM控制芯片电路处理后与显示电路连接，32位RAM控制芯片电路的数据处理工作包括波形显示、波形频率计算及显示、波形强度计算及显示，显示电路对次声波的波形、频率和DB值进行显示。

进一步的，所述显示电路采用液晶显示器。

进一步的，所述次声波发生器包括顺次连接的低频信号发生器、低频信号放大器、低频声波播出器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：

次声波探测是一个比较新的领域，次声波信号非常微小，由于次声波引起的外界的震动非常微弱，对于微气压计腔内的空气变化也非常小，因而本实用新型巧妙地制作了一个葫芦形共振腔体。葫芦形共振腔体通过在一个密封的葫芦形空间内根据压强的大小来测得一个变化的电压量，这个腔体对于次声波信号的微小变化都会引起较大的腔体内压强较大的变化，经过这一级的放大，轻微的震动就会引起微气压计腔里的压强变化，从而检测到次声波信号。演示装置从次声波产生到采集、处理和显示，应用了传感器、数字信号处理等多种技术，可以进行连续的数据采集、存储、实时波形显示。所述葫芦形共振腔体传感器和信号采集处理器能作为便携式次声波检测仪，具有性价比高、抗干扰能力较强的优点。

附图说明

图1是实例中次声波演装置的葫芦形共振腔体传感器的结构示意图。

图2是实例中的次声波演示装置示意图。

图3是实例中次声波演装置的电路构成及信号流程示意图。

图4a和图4b是实施方式中的一种实例的工作程序流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本实用新型的具体实施作进一步说明，但本实用新型的实施和保护不限于此，另，以下若有未特别详细说明的过程或电路结构，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。

如图1，次声波演装置采用的次声波传感器为葫芦形共振腔体传感器，包括葫芦形共振腔体和气体压强传感器（即微气压计）；葫芦形共振腔体包括相互连通的第一腔体101和第二腔体102，第一腔体体积小于和第二腔体体积；第一腔体的一端开口，用于接收次声波信号，另一端与第二腔体连通形成葫芦形结构；第二腔体的底部即葫芦形共振腔体与气体压强传感器的气体输入端连接。所述葫芦形共振腔体的体积大于气体压强传感器的腔体的体积。第一腔体的一端开口面积大于气体压强传感器的气体输入端面积。

作为实例，所述气体压强传感器采用微气压计，所述微气压计靠外界空气压力变化引起微气压计腔体内外压力不平衡而导致膜片变形，通过膜片变形输出相应的变化电压信号。

经过实验，葫芦形共振腔体传感器的密封材料对于传感器的检测灵敏度非常重要，适合的材料不多，表2是一些材料的对比。

表2

材料	特点
		皮制品	灵敏度低密闭性不好，安装难度大.
一般塑料	灵敏度低密闭性不好，柔韧性差
		保鲜膜	保鲜膜透明性好、不容易破裂,同时具有很好的黏性，密闭性好,高灵敏度。

经过反复实验，采用保鲜膜为“葫芦形共振腔体传感器”的密封材料，实验证明该材料是一种良好的传感器薄膜材料。这个腔体对于次声波信号的微小变化都会引起较大的腔体内压强较大的变化，经过这一级的放大，一点点轻微的震动就会引起气体压强传感器腔里的压强变化，从而检测到次声波信号。

如图2，本实例的次声波演示装置包括次声波模拟发生装置即次声波发生器，次声波传感器即图1所示葫芦形共振腔体传感器，和信号采集处理器，葫芦形共振腔体传感器的输出与信号采集处理器的输入连接。考虑到次声波需要显示波形、计算及显示频率和DB值，最终选用32位ARM为信号采集处理器的处理芯片。次声波发生器可以采用顺次连接的低频信号发生器、低频信号放大器、低频声波播出器（大低音喇叭）构成。

作为实例，所述信号采集处理器包括信号放大电路、低通滤波电路、频率触发波形整形电路、A/D转换电路、32位RAM控制芯片电路、电压/分贝转换器和显示电路，信号放大电路与低通率波电路连接，低通率波电路分别与频率触发波形整形电路、A/D转换电路、电压/分贝转换器（可采用MX636电压与DB值转换电路）连接，电压/分贝转换器还与A/D转换电路连接，频率触发波形整形电路、A/D转换电路的输出均通过32位RAM控制芯片电路处理后与显示电路连接，32位RAM控制芯片电路的数据处理工作包括波形显示、波形频率计算及显示、波形强度计算及显示，显示电路对次声波的波形、频率和DB值进行显示。具体信号传输和处理流程如图3所示。电压/分贝转换器工作电压为正负5伏,输入信号从0~~200mv,转换成0~~80db的有效值。

本实例所述显示电路采用液晶显示器，气体压强传感器可以采用MP3V5004DP气体压强传感器，信号通过MP3V5004DP气体压强传感器输入,是一个VPP（峰峰值）大约是15mV的一个正弦量电压。利用信号放大电路即LM324运算放大器芯片的特性，采用同相输入放大，这电路共分成三部份。第一部份是信号两极共放大200倍（3V）。接着用到了一个30Hz有源低通滤波器。从而将高频的信号滤除，保留有用的低频信号，最后一部要将正弦波形通过电压比较器出来一个方波。

如图4a和图4b所示，是实施方式中的一种实例的工作流程示意图，本领域技术人员可参照该流程图进行编程实现（软件部分不属于本实用新型所要解决的技术问题），其中，主程序一直在进行次声波信号分贝值采集、次声波波形采集、软件滤波整形、dB值计算及波形显示。当检测到次声波信号时启动主程序中断服务子程序，处理次声波信号数据。

Claims

1.一种次声波演示装置，其特征在于包括次声波发生器、次声波传感器、信号采集处理器，次声波传感器的输出与信号采集处理器的输入连接，信号采集处理器用于采集、处理及显示次声波信号。

2.根据权利要求1所述的一种次声波演示装置，其特征在于所述次声波传感器包括葫芦形共振腔体和微气压计，葫芦形共振腔体包括相互连通的第一腔体和第二腔体，第一腔体体积小于和第二腔体体积；第一腔体的一端开口，用于接收次声波信号，另一端与第二腔体连通形成葫芦形结构；第二腔体的底部即葫芦形共振腔体与微气压计的气体输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种次声波演示装置，其特征在于所述葫芦形共振腔体的密封材料采用透明薄膜。

4.根据权利要求3所述的一种次声波演示装置，其特征在于所述透明薄膜采用保鲜膜。

5.根据权利要求2所述的一种次声波演示装置，其特征在于所述葫芦形共振腔体的体积大于微气压计内部腔体的体积。

6.根据权利要求3所述的一种次声波演示装置，其特征在于所述第一腔体的一端开口面积大于微气压计的气体输入端面积。

7.根据权利要求1所述的次声波演示装置，其特征在于所述信号采集处理器包括信号放大电路、低通率波电路、频率触发波形整形电路、A/D转换电路、32位RAM控制芯片电路、电压/分贝转换器和显示电路，信号放大电路与低通率波电路连接，低通率波电路分别与频率触发波形整形电路、A/D转换电路、电压/分贝转换器连接，电压/分贝转换器还与A/D转换电路连接，频率触发波形整形电路、A/D转换电路的输出均通过32位RAM控制芯片电路处理后与显示电路连接，32位RAM控制芯片电路的数据处理工作包括波形显示、波形频率计算及显示、波形强度计算及显示，显示电路对次声波的波形、频率和DB值进行显示。

8.根据权利要求7所述的次声波演示装置，其特征在于所述显示电路采用液晶显示器。

9.据权利要求1所述的次声波演示装置，其特征在于所述次声波发生器包括顺次连接的低频信号发生器、低频信号放大器、低频声波播出器。