專利名稱：遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲波探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波的發(fā)射與測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射技術(shù)，在聲波探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，也一直是聲波探測(cè)工程技術(shù)領(lǐng)域的難題。高頻聲波(如超聲波)的指向性強(qiáng)，但在空氣中衰減嚴(yán)重而難以進(jìn)行遠(yuǎn)距離發(fā)射和傳播；低頻聲波在空氣中衰減相對(duì)較小但有較強(qiáng)的發(fā)散特性。已有的聲學(xué)參量陣在一定條件下可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高指向性高頻聲波的發(fā)射功能，并在發(fā)射方向的某一位置產(chǎn)生低頻的聲波，但缺少配套使用的低頻聲波的頻率檢測(cè)和強(qiáng)度檢測(cè)方面的聲波檢測(cè)裝置。目前尚無(wú)專用的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置。一個(gè)典型的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置應(yīng)包括高指向性聲波發(fā)射系統(tǒng)和聲波頻率與聲壓級(jí)幅值測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明正是針對(duì)這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行展開(kāi)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前尚無(wú)專用的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置等方面的問(wèn)題，提供一種遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置及方法，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波的發(fā)射與測(cè)量。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置，包括計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理器、聲學(xué)參量陣、聲級(jí)計(jì)和數(shù)據(jù)采集卡，其特征是所述計(jì)算機(jī)依次通過(guò)導(dǎo)線連接所述數(shù)據(jù)采集卡、所述信號(hào)處理器和所述聲學(xué)參量陣，構(gòu)成的聲波發(fā)射系統(tǒng)；所述聲級(jí)計(jì)依次通過(guò)導(dǎo)線連接所述數(shù)據(jù)采集卡和所述計(jì)算機(jī)，構(gòu)成的聲波測(cè)量系統(tǒng)。一種遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量方法，采用上述遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置進(jìn)行遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波的發(fā)射與測(cè)量，具體步驟如下
(1)將計(jì)算機(jī)依次通過(guò)導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)處理器和聲學(xué)參量陣，構(gòu)成高指向性的高頻聲波發(fā)射系統(tǒng)；
(2)將聲學(xué)參量陣發(fā)聲端口對(duì)準(zhǔn)待測(cè)參考位置；
(3)將聲級(jí)計(jì)置于待測(cè)參考位置，并將聲級(jí)計(jì)通過(guò)導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，構(gòu)成聲波頻率和聲壓級(jí)幅值的測(cè)量系統(tǒng)；
(4)通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)出差頻為低頻A的兩列高頻正弦波信號(hào)，依次通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)處理器后由聲學(xué)參量陣發(fā)出高指向性正弦聲波；
(5)將聲級(jí)計(jì)測(cè)得的聲波頻率和聲壓級(jí)幅值在計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)顯示、記錄；
(6)改變聲學(xué)參量陣相對(duì)待測(cè)參考位置的距離和方向，至聲級(jí)計(jì)測(cè)出頻率為&且聲壓級(jí)幅值達(dá)到極大值的聲波；
(7)所測(cè)的頻率為且聲壓級(jí)幅值達(dá)到極大值的聲波即為遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置朝待測(cè)參考位置發(fā)射與測(cè)量的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)將計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理器、聲學(xué)參量陣、聲級(jí)計(jì)和數(shù)據(jù)采集卡組合使用，解決了目前尚無(wú)專用的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置等方面的問(wèn)題；而且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)射的低頻聲波能滿足遠(yuǎn)距離和高指向的要求，并能對(duì)待測(cè)參考位置處的聲波頻率和聲壓級(jí)幅值進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。


圖1是本發(fā)明的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波的發(fā)射與測(cè)量步驟框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖論述如下
參見(jiàn)圖1，一種遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置，包括計(jì)算機(jī)101、信號(hào)處理器102、聲學(xué)參量陣103、聲級(jí)計(jì)104和數(shù)據(jù)采集卡105，所述計(jì)算機(jī)101依次通過(guò)導(dǎo)線連接所述數(shù)據(jù)采集卡105、所述信號(hào)處理器102和所述聲學(xué)參量陣103，構(gòu)成的聲波發(fā)射系統(tǒng)；所述聲級(jí)計(jì)104依次通過(guò)導(dǎo)線連接所述數(shù)據(jù)采集卡105和所述計(jì)算機(jī)101，構(gòu)成的聲波測(cè)量系統(tǒng)。參見(jiàn)圖2，一種遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量方法，采用上述的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置進(jìn)行遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波的發(fā)射與測(cè)量，具體步驟如下
(O將計(jì)算機(jī)101依次通過(guò)導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡105、信號(hào)處理器102和聲學(xué)參量陣103，構(gòu)成高指向性的高頻聲波發(fā)射系統(tǒng)；
(2)將聲學(xué)參量陣103發(fā)聲端口對(duì)準(zhǔn)待測(cè)參考位置106；
(3)將聲級(jí)計(jì)104置于待測(cè)參考位置106，并將聲級(jí)計(jì)104通過(guò)導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡105和計(jì)算機(jī)101，構(gòu)成聲波頻率和聲壓級(jí)幅值的測(cè)量系統(tǒng)；
(4)通過(guò)計(jì)算機(jī)101發(fā)出差頻為低頻&的兩列高頻正弦波信號(hào)，依次通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡105和信號(hào)處理器102后由聲學(xué)參量陣103發(fā)出高指向性正弦聲波；
(5)將聲級(jí)計(jì)104測(cè)得的聲波頻率和聲壓級(jí)幅值在計(jì)算機(jī)101中實(shí)時(shí)顯示、記錄；
(6)改變聲學(xué)參量陣103相對(duì)待測(cè)參考位置106的距離和方向，至聲級(jí)計(jì)104測(cè)出頻率為f0且聲壓級(jí)幅值達(dá)到極大值的聲波；
(7)所測(cè)的頻率為且聲壓級(jí)幅值達(dá)到極大值的聲波即為遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置朝待測(cè)參考位置106發(fā)射與測(cè)量的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波。本實(shí)施例中用到的聲學(xué)參量陣103和信號(hào)處理器102采用由美國(guó)Holosonics公司生產(chǎn)的24英寸音頻聚光燈超聲換能器陣列(24-1n diameter Audio Spotlightultrasonic transducer array)和與其配套的信號(hào)處理放大器(Processor/Amplifier)；數(shù)據(jù)采集卡采用美國(guó)國(guó)家儀器(NI)有限公司生產(chǎn)的N1-PXI多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；聲級(jí)計(jì)采用北京聲望聲電技術(shù)有限公司生產(chǎn)的BSWA801聲級(jí)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置，包括計(jì)算機(jī)(101)、信號(hào)處理器(102)、聲學(xué)參量陣(103)、聲級(jí)計(jì)(104)和數(shù)據(jù)采集卡(105)，其特征在于所述計(jì)算機(jī) (101)依次通過(guò)導(dǎo)線連接所述數(shù)據(jù)采集卡(105)、所述信號(hào)處理器(102)和所述聲學(xué)參量陣(103)，構(gòu)成的聲波發(fā)射系統(tǒng)；所述聲級(jí)計(jì)(104)依次通過(guò)導(dǎo)線連接所述數(shù)據(jù)采集卡(105) 和所述計(jì)算機(jī)(101 )，構(gòu)成的聲波測(cè)量系統(tǒng)。
2.—種遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置，其特征在于，具體步驟如下(1)將計(jì)算機(jī)(101)依次通過(guò)導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡(105)、信號(hào)處理器(102)和聲學(xué)參量陣(103)，構(gòu)成高指向性的高頻聲波發(fā)射系統(tǒng)；(2)將聲學(xué)參量陣(103)發(fā)聲端口對(duì)準(zhǔn)待測(cè)參考位置(106);(3)將聲級(jí)計(jì)(104)置于待測(cè)參考位置(106)，并將聲級(jí)計(jì)(104)通過(guò)導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡(105)和計(jì)算機(jī)(101)，構(gòu)成聲波頻率和聲壓級(jí)幅值的測(cè)量系統(tǒng)；(4)通過(guò)計(jì)算機(jī)(101)發(fā)出差頻為低頻A的兩列高頻正弦波信號(hào)，依次通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡(105)和信號(hào)處理器(102)后由聲學(xué)參量陣(103)發(fā)出高指向性正弦聲波；(5)將聲級(jí)計(jì)(104)測(cè)得的聲波頻率和聲壓級(jí)幅值在計(jì)算機(jī)(101)中實(shí)時(shí)顯示、記錄；(6)改變聲學(xué)參量陣(103)相對(duì)待測(cè)參考位置(106)的距離和方向，至聲級(jí)計(jì)(104)測(cè)出頻率為f0且聲壓級(jí)幅值達(dá)到極大值的聲波；(7)所測(cè)的頻率為f0且聲壓級(jí)幅值達(dá)到極大值的聲波即為遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置朝待測(cè)參考位置(106)發(fā)射與測(cè)量的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置及方法，裝置包括計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理器、聲學(xué)參量陣、聲級(jí)計(jì)和數(shù)據(jù)采集卡，所述計(jì)算機(jī)依次通過(guò)導(dǎo)線連接所述數(shù)據(jù)采集卡、所述信號(hào)處理器和所述聲學(xué)參量陣，構(gòu)成的聲波發(fā)射系統(tǒng)；所述聲級(jí)計(jì)依次通過(guò)導(dǎo)線連接所述數(shù)據(jù)采集卡和所述計(jì)算機(jī)，構(gòu)成的聲波測(cè)量系統(tǒng)。聲波發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出高指向性的高頻聲波，在待測(cè)參考位置產(chǎn)生低頻聲波，由聲壓級(jí)檢測(cè)裝置檢測(cè)待測(cè)參考位置處的聲波頻率和聲壓級(jí)幅值。本發(fā)明提供的遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波發(fā)射與測(cè)量裝置及方法能實(shí)現(xiàn)低頻聲波的遠(yuǎn)距離、高指向性發(fā)射與實(shí)時(shí)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01H17/00GK103033258SQ20121053222
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者王馳, 周瑜秋, 丁衛(wèi), 沈高煒, 吳文雯 申請(qǐng)人:上海大學(xué)