[发明专利]一种用于超声声场测量系统的手动声轴对齐方法

说明书

本发明属于超声声场测量系统技术领域，涉及用于超声声场测量系统的手动声轴对齐方法，通过扫描两个检测平面得到当前声轴和平面的交点，计算当前声轴的倾斜角度；判断倾斜角度是否小于调整阈值，如否，使用迭代算法计算得到焦点深度的调整点X，Y坐标，并通过三个直线运动定位到换能器焦平面的对应调整点；手动调节两个旋转轴，使得在调整点处的水听器测量信号幅度最大，至此完成声轴手动对齐的单次调整；然后逐次迭代直到声轴对齐。该方法，不依赖于具体声轴角度调整的机械方式；采用结合几何信息的迭代算法可快速收敛；使用的声轴与平面的交点判据不局限于幅度判据，可通过增加两个平面间的距离而引入其它判据，以增加声轴角度测量的鲁棒性。

技术领域

本发明属于超声声场测量系统技术领域，涉及手动声轴的对齐方法，具体涉及一种用于超声声场测量系统的手动声轴对齐方法。

背景技术

水听器法是声场测量的标准方法之一，该方法是利用水听器在多轴水槽系统中对目标声场进行三维扫描获得声场分布，并在此基础上计算多个声学参数。这种方法可以测量的参数较多，使用最为广泛。为了实现三维声场的扫描，多轴水槽系统至少包含三个相互垂直的运动轴，见图1。测量过程中，在机械轴的带动下，水听器和探头沿着三个轴(X，Y，Z)进行相对运动。为了保证测量的有效性，按照NEMA UD 2标准中公布的方法，测量之前必须进行声轴对齐，即调整换能器朝向，从而改变发射声场轴线使之平行于Z轴，即实现声轴对齐。声轴对齐后，通过调整X和Y的位置，就可以沿着声轴进行Z方向扫描，后续的声场分布、MI以及I_SPTA等参数的正确性才能得以保证。

为了实现声轴对齐，多轴水槽系统在三个直线运动轴的基础上增加了两个互相垂直的角度调整轴，用来调整声轴在空间的角度。目前，多轴水槽系统有两大类，全自动五轴系统和混合五轴——自动三轴手动两轴(角度调整)系统。全自动五轴水槽系统如ONDA的AIMS系统，使用由步进电机带动经由皮带传动的角度调整轴进行声轴对齐，整个系统在计算机的控制下运行，计算机控制每个旋转轴的旋转角度，每次调整后测量声轴角度通过反馈迭代算法完成声轴的自动对齐。AIMS使用较为方便，但由于价格昂贵使其应用受限；混合五轴系统使用手动两轴进行声轴角度调整，实现声轴对齐，具有较高的性价比，在声场测量领域得以广泛应用。这类系统在声轴对齐的过程中需要手动进行角度调整，相对于自动调整而言，最大的问题在于每次调整的角度无法精确获取，必须采用人工参与调整的方法逐步对齐声轴。

如图2所示，给出了一种手动两轴进行声轴角度调整的机械实现方式，这个两轴手动调节装置被固定在Z轴运动机构的下部，探头固定在圆盘上通过调整圆盘平面可以绕着第一转动轴进行旋转，通过旋转把手A、B可以绕着圆盘中心垂线(第二转动轴)进行旋转。如果当前声轴不平行于Z轴，和Z轴之间存在一个夹角，通过这两种旋转就可以调整声轴平行于Z轴。声轴对齐方法的性能是限制混合五轴系统应用的主要制约因素，对齐可靠性差和迭代调整次数多，都会造成测量时间长、测量结果误差大且测量重复性差的问题。特别的，对于一些场景多次调整都无法取得满意的声轴对齐结果，导致测量失败。目前为止，没有看到高效可靠的对齐方法可供使用；现有专利申请号CN201110112244.5公开了超声声场测量中水听器自动准直方法，提出了边缘幅值的方法进行声轴对齐，但并未涉及手动声轴对齐的具体调整方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于超声声场测量系统的手动声轴对齐方法，以提高对齐声轴的可靠性并减少迭代调整的次数，避免测量时间长、测量结果误差大且测量重复性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

这种用于超声声场测量系统的手动声轴对齐方法，所述方法具体包括执行如下循环：