一种高声压宽频带噪声传感器校准器
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411824603.3 | 申请日 | 2024-12-12 |
| 公开(公告)号 | CN119756562A | 公开(公告)日 | 2025-04-04 |
| 申请人 | 中北大学; 太原市华纳方盛科技有限公司; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 任勇峰; 刘杰卿; 李霞; | 第一发明人 | 任勇峰 |
| 权利人 | 中北大学,太原市华纳方盛科技有限公司 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 中北大学,太原市华纳方盛科技有限公司 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：山西省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：山西省太原市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：山西省太原市尖草坪区学院路3号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：030051 |
| 主IPC国际分类 | G01H17/00 | 所有IPC国际分类 | G01H17/00 ; H04R29/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 4 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 太原市科瑞达专利代理有限公司 | 专利代理人 | 耿联军; |
| 摘要 | 本 发明 涉及声学技术领域，一种高声压宽频带噪声 传感器 校准器，包括闭环顺序电 信号 连接的 控制器 、信号调理模 块 、信号放大模块、功率放大模块、高声压扬声器模块、信号转换 电路 ，所述控制器1 电信号 连接上位机，所述高声压扬声器模块包括高声压扬声器、声压放大管固定装置、声压放大管、平面波生成管、 传声 器预紧装置、传声器，所述声压放大管固定装置通过 螺栓 固定在高声压扬声器的喇叭口，所述声压放大管安装在声压放大管固定装置上且处于高声压扬声器的喇叭口的外侧的中心，所述高声压扬声器通过 螺纹 连接平面波生成管，所述传声器与所述平面波生成管连接，所述传声器预紧装置将平面波生成管和传声器固定在一起。 | ||
| 权利要求 | 1.一种高声压宽频带噪声传感器校准器，其特征在于：包括闭环顺序电信号连接的控制器（1）、信号调理模块（2）、信号放大模块（3）、功率放大模块（4）、高声压扬声器模块、信号转换电路（11），所述控制器（1）电信号连接上位机（12），所述高声压扬声器模块包括高声压扬声器（5）、声压放大管固定装置（6）、声压放大管（7）、平面波生成管（8）、传声器预紧装置（9）、传声器（10），所述声压放大管固定装置（6）通过螺栓固定在高声压扬声器（5）的喇叭口，所述声压放大管（7）安装在声压放大管固定装置（6）上且处于高声压扬声器（5）的喇叭口的外侧的中心，所述高声压扬声器（5）通过螺纹连接平面波生成管（8），所述传声器（10）与所述平面波生成管（8）连接，所述传声器预紧装置（9）将平面波生成管（8）和传声器（10）固定在一起。 |
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| 说明书全文 | 一种高声压宽频带噪声传感器校准器技术领域背景技术[0002] 在航空航天的某些领域会产生140dB以上的高压噪声，这些噪声会对人体或某些精密仪器的内部造成很大的损害，为了保护设备的正常运行，通常会使用高声压噪声传感器对其进行监测，当声压大于140dB时则会触发相应的报警机制，而为了保证数据的准确性则需对传感器的频率响应、灵敏度和线性度进行校准。目前国内外主要流行的校准方法有静电激励法，活塞器发声法和驻波管法。 [0003] 但是，在过去，涉及140dB以上的噪声测量的情况比较少，且频率范围比较窄，不需要宽频带的校准，因此市面上常见的校准器只能在声压低于140dB的情况下进行对传感器的频域响应进行校准，或者在250Hz，500Hz，1000Hz的单一频率上输出高声压值，在高声压传声器校准需求不断增长的背景下不能完成在高声压的状态下进行频率响应的测量，无法满足高声压，宽频带的覆盖。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种高声压宽频带噪声传感器校准器，以解决上述背景技术提出的现有校准器只能实现单频点高声压（大于140dB）校准或多频点低声压（小于140dB）的问题。实现了同时对高声压传声器的幅频特性、灵敏度特性校准的功能，并实现了高声压校准器的自我校准功能。 [0006] 本发明所采用的技术方案是：一种高声压宽频带噪声传感器校准器，包括闭环顺序电信号连接的控制器1、信号调理模块2、信号放大模块3（程控放大模组）、功率放大模块4、高声压扬声器模块（声压放大模组）、信号转换电路11（数据采集模组），所述控制器1电信号连接上位机12，所述高声压扬声器模块包括高声压扬声器5、声压放大管固定装置6、声压放大管7、平面波生成管8、传声器预紧装置9、传声器10，所述声压放大管固定装置6通过螺栓固定在高声压扬声器5的喇叭口，所述声压放大管7安装在声压放大管固定装置6上且处于高声压扬声器5的喇叭口的外侧的中心，所述高声压扬声器5通过螺纹连接平面波生成管 8，所述传声器10与所述平面波生成管8连接，所述传声器预紧装置9将平面波生成管8和传声器10固定在一起。 [0007] 所述传声器10电信号连接信号转换电路11，所述功率放大模块4电信号连接高声压扬声器5。 [0009] 所述平面波生成管8为铝质空心管，长度为10mm，口径为3mm。 [0010] 在工作时，通过上位机12选择校准器的扫频校准功能和定点标定功能，然后利用控制器1产生对应的正弦波信号（模拟正弦波信号）。将正弦波信号通过信号调理模块2进行滤波处理，然后通过信号放大模块3进行电流放大（放大的倍数为2倍、1倍、1/2倍和1/4倍），最后通过功率放大模块4进行功率放大，功率放大模块的放大倍数为固定的32倍，控制器1到功率放大模块4一共放大的倍数为信号放大模块3的放大倍数乘以功率放大模组4的放大倍数。利用功率放大电路驱动高声压扬声器模块发出声音。 [0011] 所述高声压扬声器模块包括高声压扬声器5、声压放大管固定装置6、声压放大管7、平面波生成管8、传声器预紧装置9、传声器10，高声压扬声器5为高声压扬声器模块的发音装置，高声压扬声器5所发出的声音作为声源，在声压放大管7中利用缓截面声聚焦原理（其原理是利用当声音通过缓截面时，声音通过反射，折射，干涉聚焦于一点，从而放大声音的声强）作用到平面波生成管8上产生高声压声信号。所产生的高声压声信号通过平面波生成管8作用到所匹配的待测噪声传感器（传声器10）上。 [0012] 所述信号转换电路11通过导线连接所述传声器10，将传声器10产生的电信号进行调理，使交流电信号转化为相对应的RMS直流信号，然后通过控制器1反馈到上位机12。 [0013] 最后上位机12将RMS直流信号的幅频曲线和灵敏度曲线绘制出来。完成对传声器10的校准工作，如果校准结果（从RMS直流信号的幅频曲线和灵敏度曲线上能看出来）不满足要求，调整控制器1产生的正弦波信号进行重新校准。 [0014] 在实现对本校准器进行自我校准时，将所述传声器更换为符合国家标准的，可进行校准工作的传声器。连接方式和工作过程与上述校准工作的连接方式和工作过程相同。所不同的是当传声器10产生的电信号经过信号转换电路11之后，经过控制器内部的改进型PID算法校准校准器的输出电压，该算法的流程图如附图3所示，图中 为设定的目标值电压， 为过程变量，即校准传感器输出电信号的有效值，K为PID调节算法中的比例系数。整体算法由状态机实现，原理为当声校准器的输出信号出现大幅度震荡时，即出现或 的情况时，控制减小PID算法中的比例函数，以达到消除震荡的 目的。同时算法设置了三级比例参数调节机制，可以在不同频率下改变比例参数，在不影响校准精度的前提下，有效的提高校准效率。 [0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：设置有声压放大管，创造性的使用了锥形声压放大管，为本发明首创，其特点是一个中空的锥形管，剖面图如图2所示，其原理是利用声聚焦原理将扬声器产生的正弦声压信号进行放大，相比与传统的驻波放大法，本方法可以将声压能量进行聚焦，在更宽的频带上产生高声压信号。设置有平面波生声管，为现有技术，其特点是中空的管道，有相关的尺寸计算公式，根据圆柱形声波导管获得平面波的条件和标准 ISO 10534‑2：1988(E)、 GB/T 18696.2‑2002 得知，直径为d(m)的圆管,工作上限f需满足： [0016] 式中 为空气中的声速，为平面波生成管的工作频率上限经过计算，当上限频率为8K时，管的直径为24.65mm，考虑到扬声器的口径为30mm，所以，锥形管的喇叭口口径应选择为30mm。利用管道声学原理将放大后的声压信号进行调理，产生更有利于声学校准和测量的平面波。设置有上位机，用于绘制传声器的幅频特性，和灵敏度特性，给设备下发命令。 附图说明[0017] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0018] 图1是本发明整体示意图；图2是声压放大部分局部图； 图3是自适应校准算法流程图； 图4是本发明的俯视图示意图； 其中：1‑控制器，2‑信号调理模块，3‑信号放大模块，4‑功率放大模块、5‑高声压扬声器模块、6‑声压放大管固定装置、7‑声压放大管、8‑平面波生成管、9‑传声器预紧装置、 10‑传声器、11‑信号转换电路、12‑上位机。 具体实施方式[0019] 本发明的核心是提供一种高声压宽频带噪声传感器校准器，实现同时对高声压传声器进行幅频特性校准和灵敏度校准的功能。 [0020] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0021] 请参阅图1‑4，一种高声压宽频带噪声传感器校准器，包括闭环顺序电信号连接的控制器1、信号调理模块2、信号放大模块3、功率放大模块4、高声压扬声器模块、信号转换电路11，本实施例中，信号调理模块2采用现有的信号调理调理（滤波）电路，本实施例中，信号放大模块3用于对电流信号进行放大，也可采用现有的电流信号放大电路，本实施例中，功率放大模块4可以采用现有的功率电路，本实施例中，信号转换电路11将传声器10产生的电信号进行调理，使交流电信号转化为相对应的RMS直流信号，可以采用现有的信号转换电路11。 [0022] 所述控制器1电信号连接上位机12，所述高声压扬声器模块包括高声压扬声器5、声压放大管固定装置6、声压放大管7、平面波生成管8、传声器预紧装置9、传声器10，所述声压放大管固定装置6通过螺栓固定在高声压扬声器5的喇叭口，所述声压放大管7安装在声压放大管固定装置6上且处于高声压扬声器5的喇叭口的外侧的中心，所述高声压扬声器5通过螺纹连接平面波生成管8，所述传声器10与所述平面波生成管8连接，所述传声器预紧装置9将平面波生成管8和传声器10固定在一起。 [0023] 所述传声器10电信号连接信号转换电路11，所述功率放大模块4电信号连接高声压扬声器5。 [0024] 所述声压放大管7为喇叭状的铝质锥形管，下口径为30mm，上口径为6mm，高度为18mm，曲率系数为1。 [0025] 所述平面波生成管8为铝质空心管，长度为10mm，口径为3mm。 [0026] 所述声压放大管7由经过大量仿真、计算与实验得出的固定曲率与固定上下口径、高度的空心铝制锥形管组成，（其下口径为30mm，上口径为6mm，高度为18mm,曲率系数为1）底端和顶部开口为喇叭状。其作用是对声信号进行无失真放大，以弥补单个扬声器声信号声压低于145dB的不足。 [0027] 所述平面波生成管8由经过大量仿真、计算与实验得出的固定高度的内部平滑的铝制金属空心管组成（长度为10mm，口径为3mm），底端开口可以采用喇叭状。其作用是产生更有利于声学校准的平面波。 [0028] 所述信号转换电路11通过导线连接所述待测传声器10，将将传感器产生的电信号进行调理，使交流电信号转化为相对应的RMS直流信号。 [0029] 最后利用上位机将待测传感器的幅频曲线和灵敏度曲线绘制出来。完成对传声器10的校准工作。 [0030] 在实现对本校准器进行自我校准时，将所述传声器更换为符合国家标准的，可进行校准工作的传声器。连接方式和工作过程与上述校准工作的连接方式和工作过程相同。所不同的是当传声器10产生的电信号经过信号转换电路路11之后经过控制器内部的改进型PID算法校准校准器的输出电压，该算法的流程图如附图3所示，图中 为设定的目标值电压， 为过程变量，即校准传感器输出电信号的有效值，K为PID调节算法中的比例系数。 整体算法由状态机实现，原理为当声校准器的输出信号出现大幅度震荡时，即出现或 的情况时，控制减小PID算法中的比例函数，以达到消除震荡的 目的。同时算法设置了三级比例参数调节机制，可以在不同频率下改变比例参数，在不影响校准精度的前提下，有效的提高校准效率。 [0031] 基于上述实施例，本实施例利用宽频带多功能高声压传声器校准器系统在扫频时可以在100Hz 10KHz的范围内产生130dB，134dB，144dB，148dB，154dB，158dB的正弦噪声，在~定点标定时，能够在1000Hz，2000Hz的频点上产生高达168dB的声压。可以通过上位机软件选择扫频标定功能和定点标定功能，选择需要校准的声压级。 [0032] 扫频时，正弦波的频率与声源的频率是一一对应的，正弦波时1KHz，声源就是1KHz，扫频范围为100Hz 10KHz。扫频步进为100Hz写到实施例里面，每个频点对应一个正弦~ 波幅值，确保校准器在整个频带范围内的带内不平度。 [0033] 以上对本发明所提供的可调节高压级声源的系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 |
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