專利名稱：在線標定微音器靈敏度的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及傳感器測試技術領域，特別是涉及一種在線標定微音器靈敏度的裝置
和方法。
背景技術：
微音器是一種聲電轉換器件，電信號隨聲波變化而變化。按照換能原理，微音器可 分為電動式，電容式，壓電式以及電磁式、碳粒式、半導體式和硅微音器，此外還有液體微音 器、激光微音器等。 駐極體電容式微音器(Electret Condenser Microphone)，簡稱ECM，就是在高分 子的薄膜上聚積電荷，使其成為半永久性或臨時性的電極長駐帶電體。它由聲電轉換和阻 抗變換兩部分組成。利用PET薄膜與金屬導電環(huán)結合制作成的振動板，中間以環(huán)狀塑料絕 緣墊圈隔開形成極小的間隙，并使駐極體與振動板相互平行，形成一個平板電容器。在此空 隙間，形成一種靜電電場，這種駐極體與振動板之間形成的電氣靜電容量，會隨著音波振動 的強弱產生距離變化，使它的電容量產生變化，構成電氣訊號轉換出來，使音波轉換出電氣 信號。也就是說當音源由微音器的音孔進入后，振動板就會隨著進來的音波開始振動，而振 動的振動板越接近駐極體，靜電的電荷量就會增大；相反的越遠離駐極體，靜電的電荷量就 會減少。電荷量的變化導致電壓的變化。 電容是表征電容器容納電荷的本領的物理量，把電容器的兩極板間的電勢差增加 1伏所需的電量，叫做電容器的電容。平行板結構電容器的電容量C為 <formula>formula see original document page 3</formula> (1) 式中U為極板間電壓； e。為真空介電常數； e ,為極板間物質的相對介電常數； d為極板間距離。、與極板間物質相關的，極板間物質發(fā)生變化，其電容量c就會發(fā)生變化，相應的
微音器的靈敏度也會發(fā)生變化。 高靈敏駐極體電容式微音器工作性能相當穩(wěn)定，正常使用條件下，可以做到100 年內漂移不超過1 % 。但在微音器的實際應用中，微音器的靈敏度受氣體濕度、成分、溫度及 固體微粒富集等環(huán)境因素的影響較大，漂移可達50% 。由于這些漂移的不確定性，嚴重影響 了氣體濃度的定量分析，導致整個測量系統(tǒng)不穩(wěn)定，給微音器的應用帶來了難以克服的困 難。氣體濕度、成分、溫度及固體微粒富集等環(huán)境因素對微音器靈敏度的影響需要消除，微 音器的靈敏度需要標定。 株式會社堀場制作所的中國專利85104620中描述了一種"光聲效應式分析器"。 85104620專利中通過在裝有待測氣體，能產生光聲信號的腔體上加工出一個孔將微音器的 聲接收端連接到腔體的內壁上。采用任何含有少量水份且不含有腐蝕微音器物質的氣體，如干燥空氣流過微音器的聲接收端，使得待測氣體無法與微音器的聲接收端直接接觸，但
待測氣體產生的光聲信號依然能夠被微音器接收。流過微音器聲接收端的氣體如干燥空氣
的流量由毛細管和壓力控制閥控制，整個裝置能定量地測量待測氣體的濃度。 85104620專利中的整個系統(tǒng)使用干燥且不含腐蝕物質的氣體吹掃微音器聲接收
端，消除了氣體濕度、成分等對微音器靈敏度的影響。但由于采用氣體如干燥空氣阻止待測
氣體與微音器聲接收端直接接觸，測量時必須攜帶氣體如干燥空氣，并采用毛細管和壓力
控制閥控制流量，使得這種消除微音器靈敏度影響的測量方法過于繁瑣，結構過于復雜，體
積過于龐大，在現場應用中有諸多不便。

發(fā)明內容
本發(fā)明克服了現有技術中的缺點，提供了一種在線標定微音器靈敏度的裝置及方 法，能消除氣體濕度、成分、溫度及固體微粒富集等環(huán)境因素對微音器靈敏度的影響，對微 音器靈敏度進行在線標定。 本發(fā)明的技術方案如下一種在線標定微音器靈敏度的裝置，包括光源和光聲腔， 在光源和光聲腔之間設置準直器，光源通過傳輸線路與驅動控制電路連接，在光聲腔中設 置微音器，微音器通過傳輸線路依次與信號處理電路和總控端連接，總控端通過傳輸線路 依次與驅動控制電路和信號處理電路連接，總控端還通過傳輸線路與安裝在光聲腔中的標 準聲源連接。 所述的標準聲源為揚聲器。
所述的標準聲源為受話器。
所述微音器是電容式微音器。 本發(fā)明還公開了一種利用所述的在線標定微音器靈敏度的裝置在線標定微音器 靈敏度的方法，包括如下步驟 第一步，通過總控端設置光源的驅動控制電路的控制參數，驅動控制電路的輸出 驅動光源發(fā)出強度受到調制的光，通過準直器準直并耦合至光聲腔中； 第二步，安裝在光聲腔中的微音器接收到光聲腔中產生的光聲信號P后，送入信 號處理電路進行處理，獲得沒有經過校正的，受環(huán)境因素等影響的光聲信號的幅值V，并將 該幅值送入總控端； 第三步，總控端接收到信號處理電路送來的光聲信號后，發(fā)出指令控制安裝在光 聲腔中的標準聲源發(fā)聲； 第四步，微音器接收到標準聲源發(fā)出的聲信號P。。M后送入信號處理電路進行處 理，獲得標準聲源的幅值V'，并將該幅值送入總控端； 第五步，總控端按照公式t = V/V'進行運算，求出t，最后利用參數t直接進行氣 體濃度定量分析。 所述的標準聲源發(fā)出的聲信號頻率范圍在100KHz以下。 所述的標準聲源發(fā)出的聲信號可以是一個固定值，也可以是多個預先設定的值。
與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是使用一標準聲源，發(fā)出一定頻率、預定強度的 聲信號，該信號被微音器接收后送入信號檢測電路，檢測得到的信號強度作為微音器靈敏 度的表征。信號強度變化即代表微音器靈敏度的變化。此測量過程稱為微音器的標定測量。
4微音器正常工作時測量得到的信號與微音器標定測量時得到的信號強度對比，從而得到不 受微音器靈敏度影響的實際信號強度。 克服了現有技術中消除微音器靈敏度影響的測量方法過于繁瑣，結構過于復雜， 體積過于龐大，現場應用不便的缺陷，實現微音器靈敏度的快速、簡便、準確、可靠的在線標定。 本發(fā)明充分考慮了氣體濕度、成分、溫度及固體微粒富集等環(huán)境因素對微音器靈 敏度的影響，保證了微音器測量過程中的準確性，從而獲得真實反映聲信號強度的值，為微 音器構成的系統(tǒng)提供了準確、可靠、有效的數據。 本發(fā)明不需要外部提供干燥氣體，不需要使用毛細管和壓力控制閥控制，整個測 量系統(tǒng)使用的器件少，體積小，有利于測量系統(tǒng)小型化。 本發(fā)明中微音器測量得到的標準聲源發(fā)出的聲信號的大小直接代表微音器的靈 敏度，微音器正常工作時測量得到的信號與微音器標定測量時得到的信號強度對比，從而 得到不受微音器靈敏度影響的實際信號強度，微音器靈敏度標定方法快速、簡便。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中
圖l是本發(fā)明的示意圖。
具體實施例方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。 本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。 如圖1所示，一種在線標定微音器靈敏度的裝置，包括光源1和光聲腔3，在光源1 和光聲腔3之間設置準直器2，光源1通過傳輸線路與驅動控制電路6連接，微音器4設置 在光聲腔3中，微音器4通過傳輸線路依次與信號處理電路5和總控端7連接，總控端7通 過傳輸線路依次與驅動控制電路6和信號處理電路5連接，總控端7還通過傳輸線路與安 裝在光聲腔3中的標準聲源8連接。 利用上述在線標定微音器靈敏度的裝置在線標定微音器靈敏度的方法，包括以下 步驟 第一步，通過總控端7設置光源1的驅動控制電路6的控制參數，驅動控制電路6 的輸出驅動光源1發(fā)出被調制過后的光，通過準直器2準直并耦合至光聲腔3中；
第二步，安裝在光聲腔3中的微音器4接收到光聲腔3中產生的光聲信號P后，送 入信號處理電路5進行處理，獲得沒有經過校正的，受環(huán)境因素等影響的光聲信號的幅值 V，并將該幅值送入總控端7; 第三步，總控端7接收到信號處理電路5送來的光聲信號后，發(fā)出指令控制安裝在 光聲腔3中的標準聲源8發(fā)聲； 第四步，微音器4接收到標準聲源8發(fā)出的聲信號P。。ns后送入信號處理電路5進行處理，獲得標準聲源的幅值V'，并將該幅值送入總控端7 ; 第五步，總控端7按照公式t = V/V'進行運算，求出一個與微音器靈敏度無關的 參數t， t與微音器正常工作時接收到的聲強P成正比，并反映聲強P的大小，最后利用參數 t直接進行氣體濃度定量分析。
本發(fā)明的工作原理是 微音器正常工作時，將接收到的聲強P轉換成電信號V，用公式表示為
V = f P (2)
式中f為微音器的靈敏度。
由于微音器的靈敏度受氣體濕度、成分、溫度及固體微粒富集的影B向，f不是一 個常數，而是一個隨環(huán)境因素變化的量，則微音器靈敏度又可表示為環(huán)境因素的函數f = f(e)，這樣微音器的聲電轉換公式(2)又可表示為
V(e) = f (e)P (3) 采用標準聲源發(fā)出一定頻率的預定強度的聲信號P。。M，微音器接收后得到的信號 強度V'為 <formula>formula see original document page 6</formula> (4) 由于環(huán)境因素(氣體濕度、成分、溫度及固體微粒富集等)都是緩變量，微音器正 常工作時的靈敏度與測量標準聲源發(fā)出預定聲強的聲信號的靈敏度在短時間內(一般為 秒)幾乎不變，則f(e) = f' (e)。由公式(3) (4)可知，P,為一已知量，則可用信號強度 V'表示微音器的靈敏度f (e)，即可在線標定微音器的靈敏度。
<formula>formula see original document page 6</formula>(5) 式(5)中的t是一個與微音器靈敏度無關的量，與微音器正常工作時接收到的聲 強P成正比，并反映聲強P的大小。 本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
一種在線標定微音器靈敏度的裝置，其特征在于包括光源和光聲腔，在光源和光聲腔之間設置準直器，光源通過傳輸線路與驅動控制電路連接，在光聲腔中設置微音器，微音器通過傳輸線路依次與信號處理電路和總控端連接，總控端通過傳輸線路依次與驅動控制電路和信號處理電路連接，總控端還通過傳輸線路與安裝在光聲腔中的標準聲源連接。
2. 根據權利要求1所述的在線標定微音器靈敏度的裝置，其特征在于所述的標準聲 源為揚聲器。
3. 根據權利要求1所述的在線標定微音器靈敏度的裝置，其特征在于所述的標準聲 源為受話器。
4. 根據權利要求1所述的在線標定微音器靈敏度的裝置，其特征在于所述微音器是 電容式微音器。
5. —種利用權利要求1所述的在線標定微音器靈敏度的裝置在線標定微音器靈敏度 的方法，其特征在于包括如下步驟第一步，通過總控端設置光源的驅動控制電路的控制參數，驅動控制電路的輸出驅動 光源發(fā)出強度受調制的光，通過準直器準直并耦合至光聲腔中；第二步，安裝在光聲腔中的微音器接收到光聲腔中產生的光聲信號P后，送入信號處 理電路進行處理，獲得沒有經過校正的，受環(huán)境因素影響的光聲信號的幅值V，并將該幅值 送入總控端；第三步，總控端接收到信號處理電路送來的光聲信號后，發(fā)出指令控制安裝在光聲腔 中的標準聲源發(fā)聲；第四步，微音器接收到標準聲源發(fā)出的聲信號Po^后送入信號處理電路進行處理，獲 得標準聲源的幅值V'，并將該幅值送入總控端；第五步，總控端按照公式<formula>formula see original document page 2</formula>進行運算，求出t，最后利用參數t直接進行氣體濃 度定量分析。
6. 根據權利要求5所述的在線標定微音器靈敏度的方法，其特征在于所述的標準聲 源發(fā)出的聲信號頻率范圍在100KHz以下。
7. 根據權利要求5所述的在線標定微音器靈敏度的方法，其特征在于所述的標準聲源發(fā)出的聲信號為一個固定值。
8. 根據權利要求5所述的在線標定微音器靈敏度的方法，其特征在于所述的標準聲源發(fā)出的聲信號為多個預先設定的值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線標定微音器靈敏度的裝置及方法，使用一標準聲源，發(fā)出一定頻率、預定強度的聲信號，該信號被微音器接收后送入信號檢測電路，檢測得到的信號強度作為微音器靈敏度的表征，信號強度變化即代表微音器靈敏度的變化，微音器正常工作時測量得到的信號與微音器標定測量時得到的信號強度對比，從而得到不受微音器靈敏度影響的實際信號強度。本發(fā)明的優(yōu)點是充分考慮了氣體濕度、成分、溫度及固體微粒富集等環(huán)境因素對微音器靈敏度的影響，保證了微音器測量過程中的準確性，從而獲得真實反映聲信號強度的值，為微音器構成的系統(tǒng)提供了準確、可靠、有效的數據。
文檔編號G01N21/00GK101718679SQ20091031051
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權日2009年11月26日
發(fā)明者樂莉, 余玉江, 劉先勇, 彭琛, 王壽全, 胡文, 袁長迎, 郭鋒 申請人:西南科技大學;四川省煤炭產業(yè)集團有限責任公司