基于光學無損監(jiān)測技術(shù)的自由聲場裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測試測量裝置，尤其是涉及一種利用光學無損技術(shù)對傳聲器校準測量 的聲場裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲學檢測技術(shù)在醫(yī)療、環(huán)保、工業(yè)和海洋等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。傳聲器作為一種重要 的計量器具，是聲學檢測的關(guān)鍵傳感器。目前對傳聲器的校準，主要采用標準聲源，利用傳 聲器以互易的方法對被校準的傳聲器進行校準。但存在兩個問題：（1)由于傳聲器本身尺 寸對聲場的影響，只能在特定的方位對特定尺寸的傳聲器進行校準（如1/4英寸，1/2英 寸，1英寸等），而一些非標的傳聲器無法校準，如mems傳聲器、光纖傳聲器等，這些非標傳 聲器在各種電子產(chǎn)品、探測儀器中得到廣泛應(yīng)用，但卻無法實現(xiàn)量值溯源；（2)利用一個傳 聲器陣列或者一個傳聲器進行多次移動的方式進行測量，這種測量方式是一種介入測量的 方式，測量的聲場會受到傳聲器的影響。中國專利授權(quán)公告號CN101895809B，授權(quán)公告日 2013年7月3日，名稱為"一種傳聲器校準方法"的發(fā)明專利，提供了一種傳聲器校準裝置。 包括聲源、消聲器、待校準傳聲器安裝段與標準傳聲器安裝段，消聲器、標準傳聲器安裝段、 待校準傳聲器安裝段與聲源由前至后依次采用法蘭連接；待校準傳聲器安裝段上開有待校 準傳聲器安裝孔，用于安裝待校準傳聲器；標準傳聲器安裝段上開有至少三個標準傳聲器 安裝孔，用于安裝標準傳聲器；由此將待校準傳聲器安裝在待校準傳聲器安裝段豎直截面 一周上的傳聲器安裝孔中，再通過定位件將待校準傳聲器定位在待校準傳聲器安裝段。這 種測量方式也是一種介入測量的方式，即測量的聲場會受到傳聲器的影響。而作為計量裝 置，這個影響量往往是不能接受的。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，近年來，基于光學的聲場測量方 式得到了廣泛的研究。丹麥、日本、英國及德國的研究人員研究了聲光效應(yīng)測量這個聲場分 布的方式，但這種方式適合于超聲波，對于可聞的低頻聲波測量的靈敏度和信噪比低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在測量傳聲器聲場是一種介入測量的方式，測量的聲場會受 到傳聲器的影響，且不能校準非標傳聲器的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于光學無損監(jiān)測 技術(shù)的自由聲場裝置。通過顆粒物散射光相關(guān)技術(shù)測量自由聲場中某點的聲速和聲壓，由 于通過激光光束測量聲壓，該聲場中沒有引入任何障礙物，使消聲室中的聲場為自由聲場。 該自由聲場裝置還可以作為校準裝置，用于對非尺寸的傳聲器的校準。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于光學無損監(jiān)測技術(shù)的自由聲場裝置，它包括激光 器、半透半反鏡、反射鏡、消聲箱和光纖準直器，消聲箱為長方體密閉腔體結(jié)構(gòu)，消聲箱相對 應(yīng)兩側(cè)壁分別設(shè)有高透窗口片和透鏡，消聲箱內(nèi)設(shè)有光陷阱、聲源和顆粒物，激光器發(fā)出激 光經(jīng)半透半反鏡分為兩束光強相等的激光，兩束激光經(jīng)反射鏡反射通過高透窗口片射入消 聲箱且交匯后入射到光陷阱中，消聲箱內(nèi)由顆粒物散射的光通過透鏡入射到光纖準直器。 通過雙光束測量聲壓，該聲場中無任何障礙物，使消聲箱中的聲場為自由聲場；利用消聲箱 中的微小顆粒物作為介質(zhì)，通過顆粒物散射光的自相關(guān)技術(shù)，準確測量光束干涉點處的聲 速和聲壓。采用后向散射，通過一片透鏡和一個光纖準直器接收散射光，接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡 單，使系統(tǒng)的信噪比更高。
[0005] 作為優(yōu)選，兩束激光射入消聲箱交匯點為消聲箱的幾何中心，兩束激光形成的夾 角為9, 9值為12°至18°之間；保證兩束激光干涉條紋有更好的能見度和均勻性，信噪 比尚。
[0006] 作為優(yōu)選，聲源設(shè)置在消聲箱縱向?qū)ΨQ軸線上兩束激光交匯點上方，聲源的中心 軸位于兩束激光形成的平面中；有利提高被測點處的聲壓強度。
[0007] 作為優(yōu)選，透鏡為凸透鏡，直徑為45-55mm，焦距為100-150mm，透鏡位于消聲箱橫 向?qū)ΨQ軸線上；將散射光匯聚到光纖準直器。
[0008] 作為優(yōu)選，消聲箱內(nèi)壁設(shè)有吸聲尖劈，吸聲尖劈橫截面呈楔形，楔形高度為 30-42cm;使消聲箱截止頻率為200Hz。
[0009]作為優(yōu)選，激光器為波長532nm的單縱模激光器，光束發(fā)散角為0-1. 2mrad;光束 發(fā)散角在小于1.2mrad范圍內(nèi)，減小干涉條紋間距不均勻性。
[0010]作為優(yōu)選，顆粒物為煙霧顆粒物，顆粒物粒徑為0.l-2um;該范圍內(nèi)煙霧顆粒產(chǎn)生 較強的散射光，并且產(chǎn)生光強變化引起的多普勒頻移。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：以煙霧顆粒物為介質(zhì)，利用激光光束作為 測量手段，通過測量散射光的自相關(guān)時間，得到光束干涉點處聲場的聲速和聲壓，沒有在消 聲箱中引入固體障礙物，使消聲箱中聲場為自由聲場，并通過無損光學探測手段標定聲壓， 為自由聲場的標定提供了技術(shù)手段，為非尺寸的傳聲器的校準提供了裝置和校準方法。采 用后向散射，通過一片透鏡和一個光纖準直器接收散射光，接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使系統(tǒng)的信 噪比更高，提高靈敏度。
【附圖說明】
[0012] 附圖1為本發(fā)明連接示意圖； 附圖2為當聲源頻率為1kHz，強度為125dB時的自相關(guān)函數(shù)圖。
[0013] 圖中：1_激光器；2-半透半反鏡；3-反射鏡；4-消聲箱；5-光纖準直器；6-光子計 數(shù)器；7-自相關(guān)儀；41-高透窗口片；42-透鏡；43-光陷阱；44-聲源；45-吸聲尖劈。
【具體實施方式】
[0014] 下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
[0015] 實施例1 : 如圖1所示，圖中虛線表示光路。一種基于光學無損監(jiān)測技術(shù)的自由聲場裝置，它包括 激光器1、半透半反鏡2、反射鏡3、消聲箱4、光纖準直器5、光子計數(shù)器6和自相關(guān)儀7。激 光器1、半透半反鏡2和反射鏡3設(shè)置在消聲箱4外前端。激光器1為波長532nm的單縱模 激光器，光束發(fā)散角小于1. 2mrad。激光器1功率為200mW，光斑直徑2_。半透半反鏡2 - 個，反射鏡3有兩個。消聲箱4為長方體密閉腔體結(jié)構(gòu)，本實施例采用2mX2mX2m外形尺 寸。消聲箱4相對應(yīng)兩側(cè)壁分別設(shè)有高透窗口片41和透鏡42。消聲箱4左側(cè)壁設(shè)有兩個