[发明专利]一种斜三棱锥声压测试装置及其空间次声源定向定位方法

权利要求书

1.一种斜三棱锥的声压测试装置，其特征在于，包括：四个声压传感器(3)、一个斜三棱锥基座(8)、膨胀止水胶圈(6)、聚氨酯泡沫填充剂(7)、声压传感器数据导线(4)、一个斜三棱锥基座支架(9)；所述斜三棱锥基座(8)上4个互不平行的面上均设置有凹槽(2)，将4个声压传感器(3)分别固定在4个凹槽上，每个凹槽(2)与声压传感器(3)间隙中填充有膨胀止水圈(6)；所述声压传感器(3)设置有声压传感器数据导线(4)；每个凹槽(2)上面设置有将所述声压传感器数据导线(4)通向斜三棱锥基座(8)的体心的导线孔(1)，在斜三棱锥基座(8)上未设置凹槽的任意面上设置有导线汇总孔(5)，将所述声压传感器数据导线(4)与声压传感器数据接口相连。

2.一种基于斜三棱锥的声压传感器空间次声源定向定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过如权利要求1所述的斜三棱锥的声压测试装置，获得声场中某点的声压状态；

步骤二：采用单个斜三棱锥的声压测试装置置于未知次声源所产生声场中测量点，根据步骤一所得出的测点声压状态，得出该点指向次声源方向的方向余弦：

步骤三：采用斜三棱锥的声压测试装置分别置于未知次声源所产生声场中不同测量点，根据步骤一和步骤二得出两个斜三棱锥的声压测试装置指向次声源的方向余弦，计算出次声源位置。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤一包括以下步骤：

1)：将如权利要求1所述的斜三棱锥的声压测试放置于次声源位置未知的声场任一位置O(x,y,z)，假设该位置声传播模式为球面纵波；

2)：通过声场传感器获得四个不同方向上的声压值，即：

p_ω，ω＝1，2，3，4；将p_ω按照取排列组合，表示为p_ki，其中p_k1＝{p₁，p₂，p₃}^T；

p_k2＝{p₁，p₂，p₄}^T；p_k3＝{p₁，p₃，p₄}^T；p_k4＝{p₂，p₃，p₄}^T；

3)：土体中一点O(x,y,z)的声压状态可表述为p_ji＝{p_xi，p_i，p_zi}^T，根据传感器测量的四个声压值p_ki获得所在测点的四个声压状态p_ji

其中，为基于声压传感器指向方向的方向余弦得到转换矩阵T_i的逆矩阵，具体形式如下：

取平均值为该点的声压状态

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤二具体为：

采用单个斜三棱锥的声压测试装置置于未知次声源所产生声场中一点O(x,y,z)，根据所述测点声压状态利用以下公式计算出该点指向次声源方向的方向余弦：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤三具体为：

采用两个斜三棱锥的声压测试装置分别置于未知次声源所产生声场中不同测量点，根据两个斜三棱锥的声压测试装置指向次声源的方向余弦，计算出次声源位置，具体如下：

根据所述采用两个测量装置分别获得不同位置的主声压方向余弦为(l₁，m₁，n₁)，(l₂，m₂，n₂),按照以下公式计算出两条直线L₁，L₂

式中(x₁，y₁，z₁)为一测点的位置，(x₂，y₂，z₂)为另一测点的位置；由于所考虑次声波为直线传播，在不考虑声波的折射和反射影响下，上述三条异面直线方程理论上的交点则为声源所在点，但实际存在误差原因，往往两条异面直线不能交于一点，故取两条直线最短距离线段的中点为次声源预测点；

首先假设经过直线L₁、L₂的最短距离线段的直线为L_AB,且交点设为A(x_a，y_a，z_a)，B(x_b，y_b，z_b)，则该直线的法向矢量为n_ab＝n₁×n₂，其直线方程为：

联解式(20)(21)，可得A、B点的坐标，若L₁、L₂相交，则A和B点坐标为同一点，若不相交时取其中点，定义该点为O′₁₂，该点为L₁、L₂定位的声源点，其坐标为