[发明专利]基于光学无损监测技术的自由声场装置

说明书

技术领域

本发明涉及测试测量装置，尤其是涉及一种利用光学无损技术对传声器校准测量的声场装置。

背景技术

声学检测技术在医疗、环保、工业和海洋等领域广泛应用。传声器作为一种重要的计量器具，是声学检测的关键传感器。目前对传声器的校准，主要采用标准声源，利用传声器以互易的方法对被校准的传声器进行校准。但存在两个问题：(1)由于传声器本身尺寸对声场的影响，只能在特定的方位对特定尺寸的传声器进行校准(如1/4英寸，1/2英寸，1英寸等)，而一些非标的传声器无法校准，如mems传声器、光纤传声器等，这些非标传声器在各种电子产品、探测仪器中得到广泛应用，但却无法实现量值溯源；(2)利用一个传声器阵列或者一个传声器进行多次移动的方式进行测量，这种测量方式是一种介入测量的方式，测量的声场会受到传声器的影响。中国专利授权公告号CN101895809B，授权公告日2013年7月3日，名称为“一种传声器校准方法”的发明专利，提供了一种传声器校准装置。包括声源、消声器、待校准传声器安装段与标准传声器安装段，消声器、标准传声器安装段、待校准传声器安装段与声源由前至后依次采用法兰连接；待校准传声器安装段上开有待校准传声器安装孔，用于安装待校准传声器；标准传声器安装段上开有至少三个标准传声器安装孔，用于安装标准传声器；由此将待校准传声器安装在待校准传声器安装段竖直截面一周上的传声器安装孔中，再通过定位件将待校准传声器定位在待校准传声器安装段。这种测量方式也是一种介入测量的方式，即测量的声场会受到传声器的影响。而作为计量装置，这个影响量往往是不能接受的。随着科学技术的发展，近年来，基于光学的声场测量方式得到了广泛的研究。丹麦、日本、英国及德国的研究人员研究了声光效应测量这个声场分布的方式，但这种方式适合于超声波，对于可闻的低频声波测量的灵敏度和信噪比低。

发明内容

为了解决现有技术存在测量传声器声场是一种介入测量的方式，测量的声场会受到传声器的影响，且不能校准非标传声器的技术问题，本发明提供一种基于光学无损监测技术的自由声场装置。通过颗粒物散射光相关技术测量自由声场中某点的声速和声压，由于通过激光光束测量声压，该声场中没有引入任何障碍物，使消声室中的声场为自由声场。该自由声场装置还可以作为校准装置，用于对非尺寸的传声器的校准。

本发明的技术方案是：一种基于光学无损监测技术的自由声场装置，它包括激光器、半透半反镜、反射镜、消声箱和光纤准直器，消声箱为长方体密闭腔体结构，消声箱相对应两侧壁分别设有高透窗口片和透镜，消声箱内设有光陷阱、声源和颗粒物，激光器发出激光经半透半反镜分为两束光强相等的激光，两束激光经反射镜反射通过高透窗口片射入消声箱且交汇后入射到光陷阱中，消声箱内由颗粒物散射的光通过透镜入射到光纤准直器。通过双光束测量声压，该声场中无任何障碍物，使消声箱中的声场为自由声场；利用消声箱中的微小颗粒物作为介质，通过颗粒物散射光的自相关技术，准确测量光束干涉点处的声速和声压。采用后向散射，通过一片透镜和一个光纤准直器接收散射光，接收系统结构简单，使系统的信噪比更高。

作为优选，两束激光射入消声箱交汇点为消声箱的几何中心，两束激光形成的夹角为θ，θ值为12°至18°之间；保证两束激光干涉条纹有更好的能见度和均匀性，信噪比高。

作为优选，声源设置在消声箱纵向对称轴线上两束激光交汇点上方，声源的中心轴位于两束激光形成的平面中；有利提高被测点处的声压强度。

作为优选，透镜为凸透镜，直径为45-55mm，焦距为100-150mm，透镜位于消声箱横向对称轴线上；将散射光汇聚到光纤准直器。

作为优选，消声箱内壁设有吸声尖劈，吸声尖劈横截面呈楔形，楔形高度为30-42cm；使消声箱截止频率为200Hz。

作为优选，激光器为波长532nm的单纵模激光器，光束发散角为0-1.2mrad；光束发散角在小于1.2mrad范围内，减小干涉条纹间距不均匀性。

作为优选，颗粒物为烟雾颗粒物，颗粒物粒径为0.1-2um；该范围内烟雾颗粒产生较强的散射光，并且产生光强变化引起的多普勒频移。