一种usp探头的灵敏度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种usp探头的灵敏度测量方法，包括如下步骤：设定声场，将待测的usp探头和参考声压传感器置于声场的同一位置，计算待测声压传感器的灵敏度；设定全息面H，逐点扫描测量全息面H上的声压和κ方向上的质点振速；将声压或质点振速作为全息输入，重建全息面H上每个测量点的质点振速或声压；计算第m个测量点的声阻抗；计算质点振速传感器在第m个测量点的灵敏度；将多个测量点的灵敏度取平均值。本发明专利技术基于近场声全息技术，从测量或重建的声压和不同方向的质点振速中直接获取不同方向的声阻抗，并结合标准的参考声压传感器实现usp探头不同方向灵敏度的同时测量，其提高了测量效率和测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种usp探头的灵敏度测量方法
本专利技术涉及传感器的灵敏度测量技术，尤其是涉及一种usp探头的灵敏度测量方法。
技术介绍
usp探头是一种三维声压-质点振速传感器，其主要由一个声压传感器和三个相互正交的质点振速传感器组成，测量usp探头的灵敏度，则需要测量声压传感器和质点振速传感器的灵敏度。目前，声压传感器的灵敏度很容易测量，只需将其与标准声压传感器放置在声场中同一点，然后将二者所测量的声压进行对比，即可获得声压传感器的灵敏度；然而，目前还没有标准的质点振速传感器，因此质点振速传感器的灵敏度测量比较困难。现有的质点振速传感器灵敏度测量方法通常需要借助一些特殊的声源或声学设备，比如驻波管、安装在地下且非常长的声波导管、一个内嵌扬声器且扬声器正前方开一个小孔的刚性塑料球、一个后置小扬声器且扬声器前方开一个小孔的木制障板等等，以便创建一个声阻抗已知的声环境，然后结合标准的声压传感器，进而对质点振速传感器的灵敏度进行测量。在实际应用中，上述需要特别设计的声源或声学设备并不能随即制得，其一定程度上限制了质点振速传感器的应用，例如其一定程度的限制了usp探头的应用。此外，现有的质点振速传感器灵敏度测量方法不能同时获得usp探头三个方向的灵敏度，而需要依次测量分别获取，其不利于提高测量效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种usp探头的灵敏度测量方法，解决现有技术中质点振速传感器只能特定条件下测量、测量效率低下的技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种usp探头的灵敏度测量方法，包括如下步骤：(1)设定一个振动体辐射的声场，将待测的usp探头和参考声压传感器置于声场的同一位置，根据参考声压传感器的灵敏度计算usp探头中的待测声压传感器的灵敏度；(2)在声场中靠近振动体设定全息面H，通过usp探头逐点扫描测量全息面H上的声压和κ方向上的质点振速；(3)将全息面H上的声压或κ方向上的质点振速作为全息输入，采用基于等效源法的近场声全息技术重建全息面H上每个测量点的κ方向上的质点振速或声压；(4)计算重建全息面H上第m个测量点的声阻抗，m为自然数；(5)根据步骤(4)的声阻抗计算usp探头中的质点振速传感器在第m个测量点的灵敏度；(6)重复步骤(4)和步骤(5)，将usp探头中的质点振速传感器的多个测量点的灵敏度取平均值即可。优选的，所述步骤(1)中待测声压传感器的灵敏度的计算公式为：其中，Sp为待测声压传感器的灵敏度，p是待测声压传感器的输出，pref是参考声压传感器的输出，Sref是参考声压传感器的灵敏度。优选的，所述步骤(2)中全息面H上有M个测量点、基于等效源法的虚源面Γ上有N个等效源，则其中，PH是全息面H上的声压，表示虚数单位，ρ是空气密度，ω是角频率，是全息面H上的声压与虚源面Γ上的等效源之间M×N阶传递矩阵，QΓ是虚源面Γ上N个等效源的源强列向量，UHκ是全息面H上κ方向上的质点振速，是全息面H上的质点振速与虚源面Γ上的等效源之间的M×N阶传递矩阵。优选的，若所述步骤(3)将重建全息面H上的声压PH作为全息输入，则源强列向量的正则化解和重建全息面H上κ方向上的质点振速UHκ的计算公式分别为：若所述步骤(3)将重建全息面H上κ方向上的质点振速UHκ作为全息输入，则源强列向量的正则化解和重建全息面H上每一个测量点的声压PR的计算公式分别为：其中，为源强列向量的正则化解，的上标H表示共轭转置、-1表示矩阵的逆运算，ε是正则化参数，E是单位矩阵。优选的，重建全息面H上第m个测量点的声阻抗Zm的计算公式为：其中，m＝1，2，…，M。优选的，质点振速传感器在第m个测量点的灵敏度的计算公式为：或其中，是第m个测量点的参考声压传感器的输出。优选的，质点振速传感器在第m个测量点的灵敏度的计算公式为：优选的，质点振速传感器的灵敏度的计算公式为：与现有技术相比，本专利技术基于近场声全息技术，从测量或重建的声压和不同方向的质点振速中直接获取不同方向的声阻抗，并结合标准的参考声压传感器实现usp探头不同方向灵敏度的同时测量，其提高了测量效率和测量精度。附图说明图1为本专利技术以声压为全息输入时计算的u探头在x方向上的灵敏度幅值曲线；图2为本专利技术以声压为全息输入时计算的u探头在x方向上的灵敏度相位曲线；图3为本专利技术以声压为全息输入时计算的u探头在y方向上的灵敏度幅值曲线；图4为本专利技术以声压为全息输入时计算的u探头在y方向上的灵敏度相位曲线；图5为本专利技术以声压为全息输入时计算的u探头在z方向上的灵敏度幅值曲线；图6为本专利技术以声压为全息输入时计算的u探头在z方向上的灵敏度相位曲线；图7为本专利技术以质点振速为全息输入时计算的u探头在x方向上的灵敏度幅值曲线；图8为本专利技术以质点振速为全息输入时计算的u探头在x方向上的灵敏度相位曲线；图9为本专利技术以质点振速为全息输入时计算的u探头在y方向上的灵敏度幅值曲线；图10为本专利技术以质点振速为全息输入时计算的u探头在y方向上的灵敏度相位曲线；图11为本专利技术以质点振速为全息输入时计算的u探头在z方向上的灵敏度幅值曲线；图12为本专利技术以质点振速为全息输入时计算的u探头在z方向上的灵敏度相位曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的实施例提供了一种usp探头的灵敏度测量方法，包括如下步骤：(1)设定一个振动体辐射的声场，将待测的usp探头和参考声压传感器置于声场的同一位置，根据参考声压传感器的灵敏度计算usp探头中的待测声压传感器的灵敏度；本实施例在参考声压传感器的灵敏度已知的条件下，可直接获取待测声压传感器的灵敏度，其计算公式如下：其中，Sp为待测声压传感器的灵敏度，p是待测声压传感器的输出，pref是参考声压传感器的输出，Sref是参考声压传感器的灵敏度。(2)在声场中靠近振动体设定全息面H，通过usp探头逐点扫描测量全息面H上的声压和κ方向上的质点振速；现有技术无标准的质点振速参考传感器，故本实施例usp探头的三个质点振速传感器的灵敏度可采用近场声全息的方式获取，其具体为在声场中靠近振动体位置，采用usp探头逐点扫描测量一个平面H上的声压和κ方向上的质点振速，该扫描测量的平面可作为全息面H。为了减少测量工作量、降低测量成本，本实施例优选基于等效源法的近场声全息技术进行局部重建，而基于等效源法的基本原理，声源辐射的声压可以用分布在虚源面Г上的等效源所辐射的声压加权求和替代。故本实施例可假定全息面H上有M个测量点，虚源面Γ上有N个等效源，那么M个测量点的声压和κ方向上的质点振速可分别用矩阵的形式表达，具体为：其中，PH是全息面H上的声压，表示虚数单位，ρ是空气密度，ω是角频率，是全息面H上的声压与虚源面Γ上的等效源之间M×N阶传递矩阵，QΓ是虚源面Γ上N个等效源的源强列向量，UHκ是全息面H上κ方向上的质点振速，是全息面H上的质点振速与虚源面Γ上的等效源之间的M×N阶传递矩阵。本实施例中，当κ＝(1,0,0)或κ＝(0,1,0)或κ＝(0,0,1)，则UHκ刚好分别是x、y、z方向上的质点振速分量。(3)将全息面H上的声压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种usp探头的灵敏度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设定一个振动体辐射的声场，将待测的usp探头和参考声压传感器置于声场的同一位置，根据参考声压传感器的灵敏度计算usp探头中的待测声压传感器的灵敏度；(2)在声场中靠近振动体设定全息面H，通过usp探头逐点扫描测量全息面H上的声压和κ方向上的质点振速；(3)将全息面H上的声压或κ方向上的质点振速作为全息输入，采用基于等效源法的近场声全息技术重建全息面H上每个测量点的κ方向上的质点振速或声压；(4)计算重建全息面H上第m个测量点的声阻抗，m为自然数；(5)根据步骤(4)的声阻抗计算usp探头中的质点振速传感器在第m个测量点的灵敏度；(6)重复步骤(4)和步骤(5)，将usp探头中的质点振速传感器的多个测量点的灵敏度取平均值即可。

【技术特征摘要】
1.一种usp探头的灵敏度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设定一个振动体辐射的声场，将待测的usp探头和参考声压传感器置于声场的同一位置，根据参考声压传感器的灵敏度计算usp探头中的待测声压传感器的灵敏度；(2)在声场中靠近振动体设定全息面H，通过usp探头逐点扫描测量全息面H上的声压和κ方向上的质点振速；(3)将全息面H上的声压或κ方向上的质点振速作为全息输入，采用基于等效源法的近场声全息技术重建全息面H上每个测量点的κ方向上的质点振速或声压；(4)计算重建全息面H上第m个测量点的声阻抗，m为自然数；(5)根据步骤(4)的声阻抗计算usp探头中的质点振速传感器在第m个测量点的灵敏度；(6)重复步骤(4)和步骤(5)，将usp探头中的质点振速传感器的多个测量点的灵敏度取平均值即可。2.根据权利要求1所述的usp探头的灵敏度测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中待测声压传感器的灵敏度的计算公式为：其中，Sp为待测声压传感器的灵敏度，p是待测声压传感器的输出，pref是参考声压传感器的输出，Sref是参考声压传感器的灵敏度。3.根据权利要求2所述的usp探头的灵敏度测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中全息面H上有M个测量点、基于等效源法的虚源面Γ上有N个等效源，则其中，PH是全息面H上的声压，表示虚数单位，ρ是空气密度，ω是角频率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：景文倩，吴华伟，丁华锋，聂金泉，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42