[发明专利]一种利用赫姆霍兹消声器实现矢量传感器校准的装置

说明书

本发明公开了一种利用赫姆霍兹消声器实现矢量传感器校准的装置。该校准装置包括箱体、声源、赫姆霍兹消声器和待校准的矢量传感器；箱体为封闭式的空腔结构；赫姆霍兹共鸣器与箱体联通；声源发出的声波进入箱体内依次传播至待校准的矢量传感器和赫姆霍兹共鸣器。本发明的校准装置利用了赫姆霍兹消声器的特性，从而使得声波传播的边界具有完美透声效果，可以实现对矢量传感器的校准，而无需额外使用标量传感器，从结构上简化了矢量传感器校准实装置。

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种利用赫姆霍兹消声器实现矢量传感器校准的装置。

背景技术

传感器俗称麦克风，是一种将声信号转换成电信号的装置。传统的麦克风按照工作原理分为动圈式、电容式、驻极体式、铝带式等。以动圈式麦克风为例，膜片受声音信号冲击，带动线圈在磁场中运动产生电流输出。对于传统的传感器只能用于测量声场中的标量参数，如声压；而矢量传感器是通过检测质点振速来获得声场信息，兼具了低频灵敏度高、尺寸小、能更好抑制环境噪声的优势。

灵敏度作为衡量麦克风的重要技术指标，其定义是以膜片受一单位声压作用时，输出端开路时输出电压的多少来表示，单位为mV/Pa。传感器作为一种接收设备，测量时会受到环境中温度湿度的影响，因此在使用之前，往往需要对传感器进行校准。如：若传感器标准灵敏度是50mV/Pa，校准实验测试显示是60mV/Pa，则需要一校准系数α，数值为标准灵敏度值与实际测试值之比。

对于传统的标量传感器测量声场中的声压，声压是标量，校准方式也比较简单，只需将标量传感器放在一个密闭声场空间中即可；而对于矢量传感器，由于需要测试质点振速，振速是矢量，若声传播过程中遇到硬边界，则边界处声压最大，而质点振速最小，甚至为零，这样就无法对矢量传感器进行校准。因此，标量传感器的校准方法不再适用于矢量传感器的校准。

已有的矢量传感器校准方法主要有：近场校准、小球体校准、单极子和偶极子校准、阵列校准、驻波管校准、振动器校准等。以驻波管校准为例，装置结构包含箱体、声源、参考标量传感器和待校准的矢量传感器，声源置于箱体的一端，标量传感器置于与声源相对的另一端。矢量传感器的质点振速u_probe和标量传感器的声压P_ref之间关系式为其中ρ为媒质密度，c为媒质中声速，k为波数，l为驻波管的总长度，x为矢量传感器与声源的距离，因此可根据参考传感器的数值校准矢量传感器。但是这些矢量传感器校准方法均依赖于标量传感器。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用赫姆霍兹消声器实现矢量传感器校准的装置。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用赫姆霍兹消声器实现矢量传感器校准的装置，包括箱体、声源、赫姆霍兹消声器和待校准的矢量传感器；所述箱体为封闭式的空腔结构；所述赫姆霍兹共鸣器与箱体联通；所述声源发出的声波进入箱体内依次传播至待校准的矢量传感器和赫姆霍兹共鸣器。

进一步地，所述赫姆霍兹共鸣器包括短管和腔体，腔体通过短管与所述箱体的空腔结构联通。

进一步地，所述箱体的形状为多面体、圆柱体、球体或者椭球体。

进一步地，所述声源为喇叭。

进一步地，所述待校准的矢量传感器设置在箱体的侧壁上，并探入箱体的空腔结构内。

进一步地，所述待校准的矢量传感器置于箱体的中部位置或者远离声源的位置。

进一步地，所述赫姆霍兹共鸣置于箱体的中部位置或者远离声源的位置。

声波在管中传播时，若旁支是一赫姆霍兹共鸣器，当共鸣器共振时，透射系数等于零，即旁支起了滤波作用，这是共振式消声器的原理。本发明的校准装置即利用了赫姆霍兹消声器的这一特性，实现对矢量传感器的校准，而无需额外使用标量传感器，从结构上简化了矢量传感器校准实装置。