技术领域
[0001] 本
发明涉及一种探针传声器高温校准装置，属于声学计量校准领域。
背景技术
[0002] 目前，对于常规传声器的耦合腔互易法或比较法等校准技术已日臻成熟，由于常规传声器尺寸已有标准规格(1、1/2、1/4、1/8英寸等)，其使用环境也为常温，因此其校准装置可以通用，校准准确度也有保证。
[0003] 然而探针传声器属于特型传声器，其外形与结构均较为特殊，头部加装探针，用来探入高温区域进行声学测量，其校准存在两个问题：其一，探针传声器应用于高温环境，如果在常温环境下进行校准，校准与使用环境的不一致会降低校准结果的准确性与可信程度；其二，探针传声器头部带有细长探针，无法在常规耦合腔中与标准传声器直接对称安装，既无法直接耦合。
[0004] 目前第一个问题尚无较好的解决方案。针对第二个问题，目前解决方案是厂家或者校准人员针对传声器头部的探针制做转接工装，即在探针上套接标准尺寸工装，然后插入到常规耦合腔内进行校准。然而该方案反过来又对第一个问题的解决带来负面影响，即套接工装遮挡住了探针，使其难以被加热进行高温校准。
[0005] 因此，探针传声器高温校准装置需要进行专
门设计，研制可通热气流的套接工装与配套的耦合腔，同时解决探针加热与转接两个问题，且二者互不影响，从而能够对探针传声器进行高温校准，使探针传声器校准环境与真实使用环境保持一致，提高探针传声器校准结果的准确性与可信程度。
[0006] 声学计量校准领域内，在现有
专利或应用技术中，如CN101895809A、CN102611982A、CN203463653U等，绝大多数以常温环境下的声学校准技术、装置或器具研究为主，目的在于提高常温环境下声学校准准确度，但缺乏高温环境声学校准相关研究。而将应用对象范围缩小至探针传声器，则校准相关研究更为缺乏，仅有某些国外探针传声器制造厂商设计了一些只与自己产品适配的转接工装与校准器具，而且不涉及高温。
[0007] 本发明与现有专利不同之处在于：本发明针对探针传声器，而非常规传声器或其他类型传声器；本发明针对高温校准，而非常温校准。热塞、耦合腔等主要装置均针对探针传声器的高温校准进行了专门设计。其中热塞采用内部中空的三通结构，两端通高温气流，一端通
声波，可使探针传声器处在高温热气流环境中，同时又能接收声波，但在结构上隔离
温度场与声场；热塞通声波一端的直径与标准英制传声器直径规格相匹配(需涵盖1英寸、1/2英寸、1/4英寸、1/8英寸等多种规格)，保证与标准传声器对耦，并保证可在现有的标准尺寸对立式耦合腔上通用；热塞带有内部半隔断，可使探针传声器所处的温度场均匀；热塞采用两段式分体设计，将与探针相匹配的部分独立出来，与主体部分
螺纹连接，方便对不同尺寸的探针进行更换匹配，提高通用性；高温校准用耦合腔采用热塞隔离设计，即在满足热塞能与标准传声器进行耦合的
基础上，设计隔离
内衬，将热塞与腔体隔离，避免热塞将热量传导给耦合腔腔体，影响耦合腔内部温度的均匀性。综上所述，本发明为探针传声器高温校准专用装置，能够对探针传声器进行高温校准，使探针传声器校准环境与真实使用环境保持一致，从而提高探针传声器校准结果的准确性与可信程度。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提供一种专门为探针传声器所使用的高温校准装置，从而能够对探针传声器进行高温校准，提高探针传声器校准准确性与可信度。
[0009] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0010] 探针传声器高温校准装置，包括：耦合腔、隔离内衬、标准传声器、进气管、探针传声器、密封材料、出气管、热塞主体
和声源。
[0011] 所述耦合腔由下耦合腔和上耦合腔组成
[0012] 所述隔离内衬为带有
深槽的圆柱体或方形体；
[0013] 所述热塞主体为正中心带有通孔T型结构，沿T型顶部两端向内开设通气槽，需保证两通气槽与中心通孔保持距离；在T型下部圆柱体内部开设U型通气槽，所述U型通气槽与两通气槽相连通，构成通气管路；
[0014] 声源、下耦合腔与上耦合腔依次固定连接；两个隔离内衬对称固定安装在耦合腔壁面上，分别用于安装标准传声器和热塞主体；进气管和出气管固定安装在热塞主体两侧；探针传声器的探针插入热塞主体的通孔中，并通过密封材料密封并固定；
[0015] 所述标准传声器的直径与热塞主体的下部圆柱体的直径相同；
[0016] 探针的顶端与热塞主体的底端齐平；
[0017] 所述隔离内衬对称固定安装在上耦合腔上；
[0018] 所述隔离内衬对称固定安装在下耦合腔
侧壁上；
[0019] 所述隔离内衬的材料需为耐高温且热导率较低的材料，如耐高温陶瓷或耐高温特种工程塑料等。
[0020] 工作过程：检查安装无误后，首先开启热气源，使热气流由进气管导入热塞中，并由出气管导出，对探针进行加热，加热期间通过出气管的
位置对热塞内部的探针进行测温(可使用线式测温
探头探入
接触测温、红外线非接触测温等方式)；然后，至温度达到预期温度以上，控制声源依照检定规程发声，记录实时温度、标准传声器响应、被校准探针传声器响应；当所有温度档位测量完毕后，进行位置对调，即将标准传声器与被校准探针传声器连同热塞互换到对方隔离内衬中，再重复以上步骤；数据记录完毕后，关闭热气源与声源；最后依照现行耦合腔比较法的计算步骤，计算不同温度档位下被校准探针传声器的灵敏度校准结果。
[0021] 首先，设计了一种新的三通、两段式分体、直径涵盖标准英制传声器直径规格、内部半隔断的热塞。由于探针传声器头部带有细长探针，无法在常规耦合腔中与标准传声器直接对称安装，必须进行转接，考虑到探针直径只有几毫米，一般只能在探针外套接一个直径与对耦标准传声器直径相同的转接工装，再插入耦合腔，从而在尺寸上与标准传声器配合。然而问题在于转接工装套在探针上，完全遮盖了探针，使探针无法置于热环境中，也很难对探针采取加热措施，进而无法对探针传声器进行高温校准。因此本发明重新设计了一种名为热塞的转接工装，核心思路是在热塞内部构建热环境，同时解决加热与转接两个问题。结构上设计为内部中空，三通方式，相对的两端通热气流，与二者垂直的一端通声波，通声波的孔与探针直径相同，当探针传声器装入热塞时，热塞内部的热环境可以对探针进行加热，而探针端面插入通声波孔，能够与热塞外的声场直接接触，同时由于探针直径与通声波孔直径相同，刚好完全堵住通声波孔，使热塞内的热气流不会泄露到外部声场中，从而达到对探针加热的同时温度场与声场隔离的目的；其次，考虑到市面上探针尺寸规格有所不同，且通声波孔需要与探针的尺寸严格匹配，因此热塞采用了两段式分体设计，将通声波孔的部分独立出来，设计成热塞下盖的形式，与热塞主体部分
螺纹连接，对不同尺寸的探针仅需更换热塞下盖即可，提高通用性(其他孔洞不需要与探针严格匹配，因此设计孔径比市面上探针尺寸略大，校准时采用
生料带、热熔胶等方式做简易密封即可)；再次，热塞通声波一端还有转接作用，需要与标准传声器耦合，因此其设计外径必须与标准英制传声器直径规格相匹配(需涵盖1英寸、1/2英寸、1/4英寸、1/8英寸等多种规格)；最后，为保证热塞内温度场均匀，内部采用半隔断处理，使热气流必须沿隔板走遍热塞内部。最终，经过以上设计，热塞内部将为探针提供一个均匀、封闭的温度场，外部仍然起到转接作用，即同时解决了探针加热与转接两个问题，从而使探针传声器的高温校准变得可行。
[0022] 其次，设计了一种新的、与热塞配套的高温校准用耦合腔。由于热塞内部有高温气流通过，其外壁难免会散发一定热量，这些热量通
过热传导传至耦合腔腔体，造成耦合腔腔体温度高低不均，靠近热塞的腔体温度偏高，反之偏低，进而造成其内部温度分布也不均匀，影响校准声场可靠性。因此本发明重新设计了一种高温校准用耦合腔，即耦合腔壁面的传声器安装孔尺寸的设计要大于传声器直径，并使用不易导热的材料设计隔离内衬，安装在传声器安装孔中，这样即可保证热塞能与标准传声器进行耦合，又避免了热塞将热量传导给耦合腔腔体，从而保证了耦合腔内部
环境温度均匀。需要说明的是，虽然按照
隔热要求，仅在热塞安装位处置设计隔离即可，但是按照声校准耦合的要求，必须也在标准传声器装位处置设计相同尺寸结构的隔离，以满足两个安装位置声场对称且可以互换安装。
[0023] 有益效果
[0024] 本发明考虑了探针传声器特殊的形状结构以及特殊工况的高温校准需求，对转接工装与耦合腔重新设计，发明了热塞与高温校准用耦合腔，为探针传声器提供一个均匀、封闭的温度场，同时满足比较法中与标准传声器的耦合要求，并有一定的通用性，实现了探针传声器的高温校准。与现有常规传声器通用的校准装置相比，该校准装置更加适用与探针传声器，能偶拓宽探针传声器校准温度范围，从而提高探针传声器校准结果的准确性与可信程度。
附图说明
[0025] 图1是本发明的总体结构示意图；
[0026] 图2是本发明的3D装配拆分示意图；
[0027] 图3是本发明的热塞主体的梯度半剖示意图；
[0028] 图4是本发明根据不同需求变化的对立式设计示意图。
[0029] 其中，1-下耦合腔、2-上耦合腔、3-隔离内衬、4-标准传声器、5-进气管、6-探针传声器、7-密封材料、8-出气管、9-热塞主体、10-热塞下盖、11-声源。具体实施方案
[0030] 下面结合附图与实例，对本发明的实现进行详细描述。
[0032] 总体结构如图1所示，并辅以3D装配拆分如图2进行补充。校准对象为任意型号探针传声器6，参照对象为标准传声器4。装置本体包含两大部分：一，高温校准用耦合腔(下耦合腔1、上耦合腔2、隔离内衬3、声源11)，为探针传声器校准的声场环境；二，热塞(热塞主体9、热塞下盖10、进气管5、出气管8)，为探针传声器校准的热场环境与转接工装。
[0033] 为了便于
机械加工，将热塞主体9分为热塞上体和热塞下盖10两部分加工；热塞上体为正中间带有通孔的T型结构，沿T型顶部两端向内开设通气槽，需保证两通气槽与中心通孔保持距离；沿T型底部向上开设两个对称的通气深槽，需保证此两个通气深槽分别与所述通气槽相通；热塞下盖10加工成带有凹槽的圆柱体，凹槽底端中心处开有中心通孔；所述中心通孔与热塞上体的通孔位置对应；最后将热塞下盖10固定安装在热塞上体上形成热塞主体9；
[0034] 校准工作前，先做如下装配：耦合腔部分，使用螺钉将声源11安装在下耦合腔1下表面，并使用螺钉将两个隔离内衬3安装在上耦合腔2的两个安装孔中，然后将下耦合腔1与上耦合腔2对接安装(首选螺纹安装方式，如设计其他安装方式需做好密封)，并将标准传声器4套入一侧隔离内衬3中。热塞部分，热塞主体9与热塞下盖10对接安装(首选螺纹安装方式，如设计其他安装方式需做好密封)，进气管5与出气管8分别套接在热塞主体9的导热两端上。
[0035] 校准工作时，先将探针传声器6的探针由热塞主体9上部针孔插入，一直将探针插入至热塞下盖10的针孔中，使探针的下端面与热塞下盖10外部下端面齐平，并将热塞下盖10的针孔完全堵住，然后使用密封材料7(生料带、耐高温软胶与软泥等均可)封装热塞主体
9上部针孔，固定住探针传声器6，并使热塞内部形成独立空腔，最后将热塞的热塞下盖10一端向下套入另一侧隔离内衬3中，检查无问题，则开启热气源，使热气流由进气管5导入热塞中，并由出气管8导出。
[0036] 特别说明，如图3所示，热塞主体9内部采用半隔断结构，半隔断的隔板a与插入的探针传声器6的探针共同将热塞主体9的内部隔开，当热气流由进气管5导入时，并不会直接从出气管8流出，而是先撞在隔板a与探针传声器6的探针上，然后由于气压原因，热气流会继续沿隔板a与探针传声器6的探针向下流动，一直流动到热塞下盖10的底部空腔b中，然后绕到隔板a的另一侧向上流动，最后由出气管8导出。通过这一过程，热气流将流遍热塞内部，完全接触探针，从而在热塞内部形成较为均匀的温度场，对探针均匀加热。
[0037] 如上全部装配完成后，控制声源11依照检定规程发声，记录并比较标准传声器4与被校准探针传声器6的响应，然后进行位置对调，即将标准传声器4与被校准探针传声器6连同热塞互换到对方隔离内衬3中，再重复以上步骤，互换前后两次结果经过处理，可初步抵消装置加工带来的不对称误差，从而对被校准探针传声器6进行准确的高温比较法校准。
[0038] 对于不同型号的探针传声器6，可根据其探针尺寸更改热塞下盖10的底部针孔直径，由于其结构简易，加工便捷，适合快速定制与装配，从而最大程度的减少校准周期与成本，并且提高装置的通用性。
[0039] 目前，本专利的试做样机加热温度为100℃，校准
频率范围为200Hz～5000Hz，1000Hz校准不确定度可控制在0.6dB(k＝2)以内，基本可以
覆盖GJB150.25A-2009等相关标准中对于高温噪声测量校准的要求。因此本专利具有较好的可行性与应用性，并且可通过升级热气源与声源达到更高的温度与更宽的校准频率，具有较大提升空间。
[0040] 实施例2
[0041] 此外，根据不同需求，本发明也可设计为对立式设计，如图4所示，原理与使用方法与图1设计的并立式结构完全一致，只是将标准传声器4与探针传声器6由并立安装改为对立安装。
[0042] 以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
