专利名称：远距离高指向性低频声波发射与测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及声波探测技术领域，尤其是一种远距离高指向性低频声波的发射与测量装置及方法。
背景技术：
远距离高指向性低频声波发射技术，在声波探测技术领域具有广阔的应用前景，也一直是声波探测工程技术领域的难题。高频声波(如超声波)的指向性强，但在空气中衰减严重而难以进行远距离发射和传播；低频声波在空气中衰减相对较小但有较强的发散特性。已有的声学参量阵在一定条件下可实现远距离高指向性高频声波的发射功能，并在发射方向的某一位置产生低频的声波，但缺少配套使用的低频声波的频率检测和强度检测方面的声波检测装置。目前尚无专用的远距离高指向性低频声波发射与测量装置。一个典型的远距离高指向性低频声波发射与测量装置应包括高指向性声波发射系统和声波频率与声压级幅值测量系统，本发明正是针对这一关键技术进行展开的。
发明内容
本发明的目的在于克服目前尚无专用的远距离高指向性低频声波发射与测量装置等方面的问题，提供一种远距离高指向性低频声波发射与测量装置及方法，可实现远距离高指向性低频声波的发射与测量。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种远距离高指向性低频声波发射与测量装置，包括计算机、信号处理器、声学参量阵、声级计和数据采集卡，其特征是所述计算机依次通过导线连接所述数据采集卡、所述信号处理器和所述声学参量阵，构成的声波发射系统；所述声级计依次通过导线连接所述数据采集卡和所述计算机，构成的声波测量系统。一种远距离高指向性低频声波发射与测量方法，采用上述远距离高指向性低频声波发射与测量装置进行远距离高指向性低频声波的发射与测量，具体步骤如下
(1)将计算机依次通过导线连接数据采集卡、信号处理器和声学参量阵，构成高指向性的高频声波发射系统；
(2)将声学参量阵发声端口对准待测参考位置；
(3)将声级计置于待测参考位置，并将声级计通过导线连接数据采集卡和计算机，构成声波频率和声压级幅值的测量系统；
(4)通过计算机发出差频为低频A的两列高频正弦波信号，依次通过数据采集卡和信号处理器后由声学参量阵发出高指向性正弦声波；
(5)将声级计测得的声波频率和声压级幅值在计算机中实时显示、记录；
(6)改变声学参量阵相对待测参考位置的距离和方向，至声级计测出频率为&且声压级幅值达到极大值的声波；
(7)所测的频率为且声压级幅值达到极大值的声波即为远距离高指向性低频声波发射与测量装置朝待测参考位置发射与测量的远距离高指向性低频声波。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点将计算机、信号处理器、声学参量阵、声级计和数据采集卡组合使用，解决了目前尚无专用的远距离高指向性低频声波发射与测量装置等方面的问题；而且装置结构简单，发射的低频声波能满足远距离和高指向的要求，并能对待测参考位置处的声波频率和声压级幅值进行实时测量。
图1是本发明的远距离高指向性低频声波发射与测量装置结构示意图。图2是远距离高指向性低频声波的发射与测量步骤框图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图论述如下
参见图1，一种远距离高指向性低频声波发射与测量装置，包括计算机101、信号处理器102、声学参量阵103、声级计104和数据采集卡105，所述计算机101依次通过导线连接所述数据采集卡105、所述信号处理器102和所述声学参量阵103，构成的声波发射系统；所述声级计104依次通过导线连接所述数据采集卡105和所述计算机101，构成的声波测量系统。参见图2，一种远距离高指向性低频声波发射与测量方法，采用上述的远距离高指向性低频声波发射与测量装置进行远距离高指向性低频声波的发射与测量，具体步骤如下
(O将计算机101依次通过导线连接数据采集卡105、信号处理器102和声学参量阵103，构成高指向性的高频声波发射系统；
(2)将声学参量阵103发声端口对准待测参考位置106；
(3)将声级计104置于待测参考位置106，并将声级计104通过导线连接数据采集卡105和计算机101，构成声波频率和声压级幅值的测量系统；
(4)通过计算机101发出差频为低频&的两列高频正弦波信号，依次通过数据采集卡105和信号处理器102后由声学参量阵103发出高指向性正弦声波；
(5)将声级计104测得的声波频率和声压级幅值在计算机101中实时显示、记录；
(6)改变声学参量阵103相对待测参考位置106的距离和方向，至声级计104测出频率为f0且声压级幅值达到极大值的声波；
(7)所测的频率为且声压级幅值达到极大值的声波即为远距离高指向性低频声波发射与测量装置朝待测参考位置106发射与测量的远距离高指向性低频声波。本实施例中用到的声学参量阵103和信号处理器102采用由美国Holosonics公司生产的24英寸音频聚光灯超声换能器阵列(24-1n diameter Audio Spotlightultrasonic transducer array)和与其配套的信号处理放大器(Processor/Amplifier)；数据采集卡采用美国国家仪器(NI)有限公司生产的N1-PXI多通道数据采集系统；声级计采用北京声望声电技术有限公司生产的BSWA801声级计。
权利要求
1.一种远距离高指向性低频声波发射与测量装置，包括计算机(101)、信号处理器(102)、声学参量阵(103)、声级计(104)和数据采集卡(105)，其特征在于所述计算机 (101)依次通过导线连接所述数据采集卡(105)、所述信号处理器(102)和所述声学参量阵(103)，构成的声波发射系统；所述声级计(104)依次通过导线连接所述数据采集卡(105) 和所述计算机(101 )，构成的声波测量系统。
2.—种远距离高指向性低频声波发射与测量方法，采用根据权利要求1所述的远距离高指向性低频声波发射与测量装置，其特征在于，具体步骤如下(1)将计算机(101)依次通过导线连接数据采集卡(105)、信号处理器(102)和声学参量阵(103)，构成高指向性的高频声波发射系统；(2)将声学参量阵(103)发声端口对准待测参考位置(106);(3)将声级计(104)置于待测参考位置(106)，并将声级计(104)通过导线连接数据采集卡(105)和计算机(101)，构成声波频率和声压级幅值的测量系统；(4)通过计算机(101)发出差频为低频A的两列高频正弦波信号，依次通过数据采集卡(105)和信号处理器(102)后由声学参量阵(103)发出高指向性正弦声波；(5)将声级计(104)测得的声波频率和声压级幅值在计算机(101)中实时显示、记录；(6)改变声学参量阵(103)相对待测参考位置(106)的距离和方向，至声级计(104)测出频率为f0且声压级幅值达到极大值的声波；(7)所测的频率为f0且声压级幅值达到极大值的声波即为远距离高指向性低频声波发射与测量装置朝待测参考位置(106)发射与测量的远距离高指向性低频声波。
全文摘要
本发明公开了一种远距离高指向性低频声波发射与测量装置及方法，装置包括计算机、信号处理器、声学参量阵、声级计和数据采集卡，所述计算机依次通过导线连接所述数据采集卡、所述信号处理器和所述声学参量阵，构成的声波发射系统；所述声级计依次通过导线连接所述数据采集卡和所述计算机，构成的声波测量系统。声波发射系统发出高指向性的高频声波，在待测参考位置产生低频声波，由声压级检测装置检测待测参考位置处的声波频率和声压级幅值。本发明提供的远距离高指向性低频声波发射与测量装置及方法能实现低频声波的远距离、高指向性发射与实时测量。
文档编号G01H17/00GK103033258SQ20121053222
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者王驰, 周瑜秋, 丁卫, 沈高炜, 吴文雯 申请人:上海大学