专利名称：一种双层玻璃窗内层振动参数的测量装置和测量方法
技术领域：
本发明涉及一种双层玻璃窗内层振动参数的非接触测量装置及其测量方法。
背景技术：
现有一些隔音空间(例如房间、舱体和厢体)安装的是双层玻璃窗。双层玻璃又 名"隔声玻璃"。专利200410077526 "—种材料隔音性能测量装置"和专利02258449. 8 "车 内噪声测量装置"均采用声级计测量方法。声级计存在以下局限性(l)测量结果不能直接 反映窗户的振动参数。(2)当室内、车内不便(或不允许)安放声级计时，无法实施测量。
多普勒频移法、激光干涉法等激光测振方法适合用于测量单层玻璃窗的振动参 数。200910030093. 1公开了"半导体激光自混合干涉测振仪"，其半导体激光器发出的激光 经过准直透镜后变为平行光，入射到靶镜上，部分光返回激光腔内，与激光腔内的光产生自 混合。如果用上述仪器测量双层玻璃窗，其测量结果通常反映最靠近仪器的反射面(双层 窗的外层玻璃)的振动状态。单凭外层玻璃板的振动参数，难以简单推断内层玻璃板的振 动情况。专利200410010879. 4公开了"可测量不同距离运动物体速度的双光路激光多普勒 测速仪"，提供一种"使激光束焦点准确地落在被测运动物体上"的测量方法。如果用上述 方法对准内层玻璃板，该激光束前进和返回的过程中会两次穿过外层玻璃板，使得内层振 动的测量结果混有外层振动信息。已有激光测振仪器难以有效地抑制双层窗外层玻璃板振 动对内层玻璃板测量结果的干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种双层玻璃窗内层振动参数的测 振装置及其测量方法。以实现在窗外10-1000米的位置安放，可测量出双层窗内层玻璃板 在200Hz 5000Hz的振动参数，且能区分外层玻璃振动状态与内层玻璃振动状态的差异， 能有效地消除室内弱声源测量数据中所包含的室外强声源的干扰。 本发明的技术方案是这样实现的包括一个用双波长激光照射双层玻璃窗的激光 发射器组件、两个用于接收双层窗反射激光的光电接收器、所述两个光电接收器通过柔性 电缆分别与信号处理器连接，信号处理器分别与包含地址发生器可控的内置数字存储器以 及耳机连接。 所述激光发射器组件由并列安放的两个光源和分别与其连接的一个双通道发射 控制器组成。所述两个光源的结构相同、波长不同，其每一个光源由调频/调幅信号发生 器、激光调制驱动器和激光器三者串联而成，在激光器左侧装有使该激光转换成平行光束 的准直透镜组。 所述两个光电接收器的结构基本相同，每一个光电接收器均由从左向右顺次安放 的集光透镜组、滤光片、激光振动测量装置和红外探测器构成，两个光电探测器的滤波片的 透射波长不同。 所述信号处理器由两个滤波模块、一个信号合成电路以及一个静音监测电路组成；其中一个滤波模块的输入端与一个光电接收器连接，其输出端与信号合成器正端连接， 该输出端同时与静音监测电路输入端连接；另一个滤波模块的输入端与另一个光电接收器 连接，其输出端与信号合成器负端连接；该滤波模块的输入端还和静音监测电路的输出端 连接。 所述装置的测量方法包括以下步骤 (1)在室外1000米、玻璃板法线两侧85°扇面范围内，安放激光发射器组件，同时 发射波长为入p入2的两束人眼不可见激光，照射双层玻璃窗同一部位；
(2)在能够收到双层玻璃窗反射光束的位置，分别架设两个光电接收器，其中一号 光电接收器选择接收内层玻璃板所反射的第一种波长、激光束，产生一路同时反映内层 玻璃板和外层玻璃板振动状态的主信号；2号光电接收器选择接收单独从外层玻璃板反射 回来的第二种波长入2激光束，产生一路主要反映外层玻璃板振动状态的辅助信号；
(3)主信号送到一号滤波模块，先按手动设定的参数放大和滤波，然后送往信号合 成器正端；辅助信号送到二号滤波模块，先按公知的自适应滤波方法放大和滤波，然后送往 信号合成器负端。信号合成器所输出信号的特征在于，它是主信号与适度衰减并反相的辅 助信号实时叠加的结果，主信号中所包含的外层玻璃的振动信号成份被抵消(或抑制)；
(4)用耳机播放信号合成器输出的电声信号，完成振动状态的定性测量；用地址 发生器可控的内置数字存储器记录该信号，为定量计算信号振幅和频率提供数据。
本发明具有以下优点①对隔声玻璃具备"穿透"功能当内层、外层玻璃振动状 态不同时，本发明能减弱外层的隔声作用、探测到内层玻璃板的振动参数；②具备10-1000 米远程测量功能；③具备自动降噪功能在室外存在强声源条件下，本发明能有效地抑制 室外强声源的干扰，选择性地测量室内弱声源的振动参数。
图1为实施例1中装置的总体结构示意图； 图2是激光发射组件的结构示意图； 图3是光电接收器和信号处理器的结构示意图； 图4是实施例2激光照射双层玻璃窗的示意图； 图5是实施例3中信号处理示意图； 图6是抑制外层玻璃板振动状态对内层玻璃板测量结果干扰的波形图； 图7产生静音监测信号的电路图。
具体实施例方式实施例1 :测量装置 参照图l，测量装置由激光发射器组件l，光电接收器2-1和2-2，信号处理器3和 地址发生器可控的内置数字存储器4组成。用于测量室内声源7-l所引起的玻璃板8的振 动参数，并根据采集的数据完成振动频率与幅度的定量计算。 激光发射器组件1中，光源1-1和光源1-2分别发射激光束5a和激光束6a (波长 为A p A 2)照射双层窗。玻璃板反射的激光束5b和激光束6b分别达到光电接收器2-1和 2-2。
两个光电接收器经柔性电缆分别与信号处理器3连接，信号处理器3输出的测量 结果送到地址发生器可控的内置数字存储器4，信号处理器3输出的电声信号用耳机10播 放。 参照图2，激光发射器组件1由光源1-1 、光源1-2和双通道发射控制器Fl组成。 1号光源和2号光源分别与双通道发射控制器F1连接。两个光源结构相同、且并列安放，不 同点在于发射波长不同(分别为A p A 2)光源1-1的结构是调频/调幅信号发生器F2、 激光调制驱动器F3和激光器F4从右向左串联成一个发射电路。激光调制_驱动器F3使 激光器F4产生人眼不可见激光11。激光11向右进入准直透镜组F5，转换成平行光束5a。 光源2-2的结构与光源1-1相同，其内部激光为12，外部平行光束为6a。
参照图3，本实施例所用的光电接收器2-1和光电接收器2-2的结构基本相同，仅 滤波片14-1和滤波片14-2的工作波长不同(分别为A" A2)。单个光电探测器中，从左 向右顺次安放集光透镜组13、滤光片14、激光振动测量装置15和红外探测器16。激光振动 测量装置15内装光学干涉器件。两个激光振动测量装置输出的电信号被同时送往信号处 理器3。 参照图3，所述信号处理器3由两个滤波模块、一个信号合成电路以及一个静音监 测电路组成。1号滤波模块由放大器17-1和可调滤波器20-l组成，其输入端与光电接收器 2-1连接，其输出端与信号合成器18正端连接。2号滤波模块由放大器17-2和可调滤波器
20- 2组成，其输入端与光电接收器2-2连接，其输出端与信号合成器18负端连接。静音监 测电路21-1的输入端与光电接收器2-1连接，输出端与可调滤波器20-2连接。 参照图3和图5，所述地址发生器可控的内置数字存储器4实时记录信号处理器3 输出的测量信号。内置数字存储器的电缆21-2与静音监测电路连接，在所述静音监测电路
21- 1的输出电平M的控制下(参见图7)，地址发生器被启动，存储器开始记录数据。而在
主信号较弱(或缺失)时，地址发生器被关闭，存储过程随之终止。
实施例2 :测量方法 第一步参照图l，在室外1000米、玻璃板法线两侧85°扇面范围内，安放激光发 射器组件l-l和l-2，用波长入p 、激光光束同时照射双层玻璃窗的同一部位。参照图4， 准直激光光束5a照射内层玻璃板8的传播过程中，往返透过外层玻璃板9。内层玻璃板8 的反射光束为5b，其功率不大于入射功率的3. 3% 。另一准直激光光束6a照射外层玻璃板 9，沿光线沿6b方向传播，其功率约为入射功率的4% 。 第二步在室外任意区域选择能够收到双层玻璃窗反射光束的位置，分别架设两 个光电接收器。其中； 光电接收器2-1接收内层玻璃板所反射的波长A工激光束5b，产生一路同时反映 内层玻璃板和外层玻璃板振动状态的主信号；光电接收器2-2接收单独从外层玻璃板反射 回来的波长A 2激光束6b，产生一路主要反映外层玻璃板振动状态的辅助信号。
第三步参照图1和图3，来自1号光电接收器的主信号进入1号滤波模块，经放 大器17-1和可调滤波器20-1 (其滤波参数手动设定)，送往信号合成器18的正端；来自2 号光电接收器的辅助信号进入2号滤波模块，经放大器17-2和可调滤波器20-2，送往信号 合成器18的负端。在2号滤波模块中，按公知的自适应滤波方法根据误差信号19不断调 节2号滤波模块的增益和滤波截止频率。信号合成器18所输出信号的特征在于，它是主信号与适度衰减并反相的辅助信号实时叠加的结果，主信号中所包含的外层玻璃的振动信号 成份被抵消(或抑制)。 第四步用耳机播放该反映内层玻璃板振动状态的电声信号，完成振动状态的定 性测量。用地址发生器可控的内置数字存储器记录步骤(3)输出的测振信号，计算信号振 幅和频率，完成内层玻璃板振动参数的定量检测。在内层玻璃停振期间，在所述静音监测电 路21-1的M端口控制下，内置数字存储器的地址发生器停止运行(存储器停止记录测振数 据)。
测振信号的处理流程如下 信号处理器件的连接方式参照图3和图5，信号处理结果如图6。内层玻璃板的振 动状态主要与室内声源7-l有关。与内层玻璃板8振动状态所对应的电信号用S表示。第 一波长激光束5b的测振结果用S+r^表示，其中包含待测(有用)信号S和噪声成份&。外 玻璃板的振动状态主要与室外声源7-2有关。第二波长激光束6b对外层玻璃板振动9的 测量结果用化表示。在本实施例中r^和ri2来自同一玻璃窗，具有相关性(波形近似，但幅 度不相等)。 噪声对消的流程辅助信号n2被视为噪声成份，它与主信号中的S成份不相关、 而与主信号中的噪声成份ni相关。自适应滤波器根据误差信号ej趋于0，从而使测量结果 S'接近内层玻璃振动信号S。本发明调节滤波器参数的基本方法之一，是用公知的递推方 法实现最小均方(LMS)算法。与通用LMS方法的不同点在于，本发明在静音监测电路21-1 的控制下获取初始误差信号e。。 参照图7，静音监测电路21-1实时监测主信号的电压变化规律，当内层玻璃板8停 止振动时，静音监测电路的M端口输出低电平。此间隙期，误差信号e。是主信号(内层玻 璃板噪声&成份)和外层玻璃板辅助信号!!2(视为噪声成份)反相叠加的结果。在此条件 下选定的滤波器参数，能使该时间段的输出信号噪声最小、测量结果S'最接近内层玻璃板 振动参数的实际值。
权利要求
一种双层玻璃窗内层振动参数的测量装置，其特征在于，包括一个用双波长激光照射双层玻璃窗的激光发射器组件、两个用于接收双层窗反射激光的光电接收器、所述两个光电接收器通过柔性电缆分别与信号处理器连接，信号处理器分别与包含地址发生器可控的内置数字存储器以及耳机连接。
2. 根据权利要求1所述的双层玻璃窗内层振动参数的测量装置，其特征在于，所述激 光发射器组件由并列安放的两个光源及分别与其连接的双通道发射控制器组成，所述两个 光源的结构相同、波长不同，其每一个光源由调频/调幅信号发生器、激光调制驱动器和激 光器三者串联连接而成。激光器产生人眼不可见激光，其左侧的准直透镜组使该激光转换 成平行光束。
3. 根据权利要求1所述的双层玻璃窗内层振动参数的测量装置，其特征在于，所述两 个光电接收器的结构基本相同，每一个光电接收器均由从左向右顺次安放的集光透镜组、 滤光片、激光振动测量装置和红外探测器构成，两个光电探测器的滤波片的透射波长不同。
4. 根据权利要求1所述的双层玻璃窗内层振动参数的测量装置，其特征在于，所述信 号处理器由两个滤波模块、一个信号合成电路以及一个静音监测电路组成；其中一个滤波 模块的输入端与一个光电接收器连接，其输出端与信号合成器正端连接，该输出端同时与 静音监测电路输入端连接；另 一个滤波模块的输入端与另 一个光电接收器连接，其输出端 与信号合成器负端连接；该滤波模块的输入端还和静音监测电路的输出端连接。
5. —种权利要求1的装置用于双层玻璃窗内层振动参数的测量方法，其特征在于，包 括以下步骤(1) 在室外1000米、玻璃板法线两侧85。扇面范围内，安放激光发射器组件，同时发射 波长为A 1、 A 2的两束人眼不可见激光，照射双层玻璃窗同一部位；(2) 在能够收到双层玻璃窗反射光束的位置，分别架设两个光电接收器，其中一号光电 接收器选择接收内层玻璃板所反射的第一种波长A 1激光束，产生一路同时反映内层玻璃 板和外层玻璃板振动状态的主信号；2号光电接收器选择接收单独从外层玻璃板反射回来 的第二种波长入2激光束，产生一路主要反映外层玻璃板振动状态的辅助信号；(3) 主信号送到一号滤波模块，先按手动设定的参数放大和滤波，然后送往信号合成器 正端；辅助信号送到二号滤波模块，先按公知的自适应滤波方法放大和滤波，然后送往信号 合成器负端。信号合成器所输出信号的特征在于，它是主信号与适度衰减并反相的辅助信 号实时叠加的结果，主信号中所包含的外层玻璃的振动信号成份被抵消或抑制；(4) 用耳机播放信号合成器输出的电声信号，完成振动状态的定性测量；用地址发生 器可控的内置数字存储器记录该信号，为定量计算信号振幅和频率提供数据。
全文摘要
本发明公开了一种双层玻璃窗内层振动参数的测量装置和测量方法。包括一个用双波长激光照射双层玻璃窗的激光发射器组件、两个用于接收双层窗反射激光的光电接收器、所述两个光电接收器通过柔性电缆分别与信号处理器连接，信号处理器分别与包含地址发生器可控的内置数字存储器以及耳机连接。通过信号处理器使反相、并被适度衰减的辅助信号与主信号相加，抵消主信号中所包含的外层玻璃的振动信号成份。本发明可在10-1000米远程实施测量，当内层、外层玻璃振动状态不同时，能减弱外层的隔声作用、探测到内层玻璃板的振动参数；能有效地抑制室外强声源的干扰，选择性地测量室内弱声源的振动参数。
文档编号G01H9/00GK101762317SQ20091031284
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者谭吉春 申请人:谭吉春