[发明专利]一种次声空气声校准装置

说明书

本发明公开的一种次声空气声校准装置，属于次声传感器校准领域。本发明包括电机运动系统、波纹管组件、激光测振仪、密封腔、差分压力传感器、参考腔、测控系统、标准次声传感器和被校次声传感器。电机运动系统通过连杆带动波纹管组件往复运动，在密封腔内产生正弦次声波；激光测振仪通过测量电机运动部件的位移计算得到密封腔内的次声声压级，实现次声传感器的绝对校准；参考腔与密封腔通过差分压力传感器进行连通；测控系统用于采集传感器输出信号，通过计算机反馈控制；标准次声传感器和被校次声传感器安装在密封腔内，通过比较法实现次声传感器的相对校准。本发明能够产生低失真的(0.01～20)Hz的次声声压信号，实现超低频次声传感器的溯源。

技术领域

本发明涉及一种次声空气声校准装置，属于次声传感器校准领域。

背景技术

次声波广泛存在于自然界和人类活动中，如地震、火山喷发、泥石流、核爆、超音速飞行、武器打靶等，次声波具有穿透能力强、传播距离远、衰减小等特点，广泛应用于环境监测、军事领域、工业生产等领域。

次声声压信号的监测主要依靠次声传感器，次声声压的准确测量主要依赖于次声传感器的校准，次声传感器的量值准确是该传感器应用的前提和保障。次声传感器的校准方法主要包括耦合腔互易法和气腔压力法。耦合腔互易法只适用于2Hz以上的次声声压的校准，对于低频下的次声传感器校准，应用最为广泛的是气腔压力法，即通过电磁驱动器或者其他驱动机构，使得腔体内的气体体积发生变化，进而获得动态压力，从而实现传感器的校准。

目前，国内外次声传感器的校准主要使用激光活塞发生器法，原理基本类似。以浙江大学和中国计量院合作研制的次声发生装置为例，振动台采用位移反馈方式，驱动活塞在密闭次声发生腔体内做低位移失真的正弦运动，产生标准次声声压信号；激光测振仪通过贯穿振动台的光通道射入激光束，测量振动台运动部件的位移，计算得到次声发生腔产生的标准声压值；被校次声传感器和标准次声传感器安装在次声发生腔内，通过检测被校传感器输出，即可实现对次声传感器的绝对校准或相对较准。随着频率降低，空气泄露更加严重，修正起来更为困难，因此不适合太低频率，校准频率范围为(0.1～20)Hz。在实际应用中，很多次声信号频率低于0.1Hz，现有的装置不能满足实际使用的需求。

发明内容

为了解决次声传感器在超低频下的溯源的问题，本发明的目的是提供一种次声空气声校准装置，能够产生低失真的(0.01～20)Hz的次声声压信号，对次声传感器进行绝对法和相对法校准，实现超低频次声传感器的溯源。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种次声空气声校准装置，包括电机运动系统、波纹管组件、激光测振仪、密封腔、差分压力传感器、参考腔、测控系统、标准次声传感器和被校次声传感器。电机运动系统通过连杆带动波纹管组件往复运动，在密封腔内产生正弦次声波；激光测振仪通过测量电机运动部件的位移计算得到密封腔内的次声声压级，实现次声传感器的绝对校准；参考腔与密封腔通过差分压力传感器进行连通；所述测控系统用于采集传感器输出信号，传递至计算机进行计算和反馈控制；所述标准次声传感器和被校次声传感器同时安装在密封腔内，通过比较法实现次声传感器的相对校准。

所述的电机运动系统包括直线电机、电机控制器、气浮导轨和基座。整体机械结构安装在基座上，直线电机采用气浮导轨进行支撑，以减小其运行阻力，电机控制器用于控制直线电机运动。电机运动系统通过闭环反馈控制减小其输出失真。

所述的波纹管组件包括波纹管、封闭端盖和开孔端盖。封闭端盖通过连杆与直线电机连接，在电机驱动下进行反复正弦运动。开孔端盖中心开有与密封腔连通的通孔，通过空心连杆与密封腔连接。作为优选，波纹管、封闭端盖、开孔端盖之间采用焊接方式进行安装连接，以保证安装的气密性。由于波纹管相对于活塞结构具有更好的密闭性，能够有效减少空气泄漏，产生更低频率的次声波；由于波纹管具有较高的收缩比，能够在较小的推力下产生足够的次声声压级；由于波纹管为柔性元件，工作时对同轴度的要求不高，从而有利于安装实现。