基于超声近似点声源的空气超声成像仪的校准装置的制作方法

本技术涉及计量仪器测量，更具体的说是涉及基于超声近似点声源的空气超声成像仪的校准装置。

背景技术：

1、空气超声成像仪可将采集的局部放电引起的超声波以彩色图谱的方式呈现在屏幕上，声像图与可见光的视频图像叠加，形成类似红外热像仪的检测效果，以热力图的形式实时显示声源在空间的分布状态的功能，可对稳态、瞬态以及运动声源进行定位。空气超声成像仪除了在电力系统的应用相对普遍外，还在储气高压条件下的气体泄漏监测广泛使用。压缩空气及气体检漏、真空负压检漏、蒸汽疏水器检测、轴承听诊、阀门内漏检测、气密性检查也成为该系统的主要应用领域。空气超声成像仪极大的助力了碳中和中电力能源的稳定性能，在噪声振动检测、振动异响定位、电力设备检测、电力巡检等方面应用广泛。因其非接触式的监测方式，不仅实现了危化设备的监测，也保障了人员的安全等。

2、但空气超声成像仪不完全等同于声源识别定位系统，虽然在原理上和声源识别定位系统相同，但是其细化的优化算法各不相同，进而对应的关键参数也不完全相同。同时由于声源识别定位系统阵列较大，测量的频率范围主要为20khz以下频率，而空气超声成像仪，最基本的测量频率范围为20khz～50khz，局部放电和气体泄漏主要引起超声波，是人耳无法识别的频段，因此，需要对空气超声成像仪的性能参数进行重新确定，以满足该类设备的计量性能。而目前为止，国内外均没有针对该类产品的相关计量标准装置，针对该类设备的相关计量方法研究也处于空白阶段，这对计量部门检定以及使用单位造成了很大的困扰。

3、因此，如何提供提高对空气超声成像仪的计量校准能力，有效地服务国内工业超声检测领域，进一步服务设备制造和使用行业，有助于建立该类设备的量值溯源和传递体系，为空气超声成像仪国产化发展和进入国际市场提供计量和测试保障，具有较大的社会效益的基于超声近似点声源的空气超声成像仪的校准装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、空气超声成像仪需要计量校准的关键参数包括：定位误差、横向分辨力、纵向定位误差、频率响应、声压级准确度、最小成像声压级、声压级线性。以上所有参数都需要在满足本底噪声低于10db(a)条件下的全消声室中进行测量。同时全消声室的自由场半径不小于5米。

2、有鉴于此，本实用新型提供了一种提高对空气超声成像仪的计量校准能力，有效地服务国内工业超声检测领域，进一步服务设备制造和使用行业，有助于建立该类设备的量值溯源和传递体系，为空气超声成像仪国产化发展和进入国际市场提供计量和测试保障，具有较大的社会效益的基于超声近似点声源的空气超声成像仪的校准装置。

3、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

4、基于超声近似点声源的空气超声成像仪的校准装置，包括：

5、全消声室，其本底噪声低于10db(a)；

6、超声近似点声源，其设置在所述全消声室中；

7、传动系统，其设置在所述全消声室中，所述超声近似点声源设置在所述传动系统上，用于带动所述超声近似点声源横向、纵向移动；

8、空气超声成像仪，其设置在所述全消声室中，并面向所述超声近似点声源布置；

9、标准传声器，其设置在所述全消声室中，并面向所述超声近似点声源布置；

10、控制及信号采集系统，其均与所述超声近似点声源、所述传动系统电连接，用于控制声源和传动系统动作。

11、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种基于超声近似点声源的空气超声成像仪的校准装置，该校准装置分别能够对所述空气超声成像仪的定位误差、横向分辨力、纵向定位误差、频率响应、声压级准确度、最小成像声压级、声压级线性参数进行校准，填补了国内外空气超声成像仪计量校准装置的空白，实现对空气超声成像仪的准确、高效计量，为空气超声成像仪的计量校准提供了一种可借鉴的方式。此外，提高对空气超声成像仪的计量校准能力，有效地服务国内工业超声检测领域，进一步服务设备制造和使用行业，有助于建立该类设备的量值溯源和传递体系，为空气超声成像仪国产化发展和进入国际市场提供计量和测试保障，具有较大的社会效益。

12、本实用新型提供了使用所述的校准装置分别对所述空气超声成像仪的定位误差、横向分辨力、纵向定位误差、频率响应、声压级准确度、最小成像声压级、声压级线性参数进行校准的方法，其步骤如下：

13、步骤1：对空气超声成像仪的定位误差参数进行参数校准，具体是：使用1个超声近似点声源发射不同频率信号并利用空气超声成像仪进行识别定位其测量坐标，确定实测坐标与理论坐标的误差参数，即为定位误差参数的测量结果；

14、步骤2：对空气超声成像仪的横向分辨力参数进行参数校准，具体是：两个近似点声源发射相同频率信号，在超声近似点声源距离5米处放置标准传声器，两个超声近似点声源用标准传声器测量得到的声压级相同；通过传动系统带动两个超声近似点声源横向移动，测量两个超声近似点声源之间的距离，加大两个超声近似点声源之间的距离，通过5米处的空气超声成像仪实时成像显示，看到图像上逐渐出现两个声图像图，且两个声图像外圈相交时，当前两个超声近似点声源之间的距离，即为当前频率下，空气超声成像仪的横向分辨力参数结果；

15、步骤3：对空气超声成像仪的纵向定位误差参数进行参数校准，具体是：通过传动系统带动两个超声近似点声源纵向移动，使二者前后的直线距离为z1为1米，先发射前方超声近似点声源，通过空气超声成像仪进行实时定位和距离测量x1；关闭前方超声近似点声源发射后方超声近似点声源，前后两次发射条件和输入工况一致，并通过空气超声成像仪进行实时定位和距离测量x2；计算得到z2＝x2-x1即为实际测量得到的纵向定位结果，与已知前后位置距离z1进行比较，z2-z1差值即为纵向定位误差结果；

16、步骤4：对空气超声成像仪的频率响应参数进行参数校准，具体是：当空气超声成像仪与超声近似点声源距离标称最小测试距离时，测量得到空气超声成像仪最低空间分辨力对应的频率即为空气超声成像仪频率下限；通过选取超声近似点声源中随意某声源发声，测量空气超声成像仪出现虚像对应的频率可得空气超声成像仪的频率上限；

17、步骤5：对空气超声成像仪的声压级准确度参数k进行校准，具体是：采用比较法进行参数评价，空气超声成像仪与标准传声器接收信号进行对比测量，分别测量得到y1和y2，即k＝(y1-y2)/y2*100％确定不同频率、相同位置处的测量声压级获得参数测量方法，两者测量的差值结果即为声压级准确度；

18、步骤6：对空气超声成像仪的最小成像声压级参数进行校准，具体是：通过标准传声器测量得到各频点的本底噪声测量值x1db，空气超声成像仪在正对距离超声近似点声源5米处，超声近似点声源发射1khz，通过空气超声成像仪实时获得声成像结果，降低超声近似点声源的输入电压，使得空气超声成像仪无法处理得到声成像的结果，当前工况下，利用标准传声器测量得到的5m处的声压级x2，同时满足x2-x1≥10db的情况下，当前x2值即为空气超声成像仪的最小成像声压级；若x2-x1＜10db的情况下，当前x2值不能作为测量得到的最小成像声压级，那么需要将测量成像距离调整到更近，重复上述测量过程，直到满足x2-x1≥10db的条件，即为当前工况下空气超声成像仪的最小成像声压级；

19、步骤7：对空气超声成像仪的声压级线性参数进行校准，具体是：在距离超声近似点声源5米处，放置空气超声成像仪和标准传声器，标准传声器用于测量当前位置的声压级，超声近似点声源发射测量频率，由1khz开始到40khz结束，通过调整声源输入电压，使得每次标准传声器增加6db的情况下，记录空气超声成像仪得到的声压级变化差值。

20、该方法形成对空气超声成像仪的计量校准能力，可有效地服务国内工业超声检测领域，进一步服务设备制造和使用行业，有助于建立该类设备的量值溯源和传递体系，为空气超声成像仪国产化发展和进入国际市场提供计量和测试保障，具有较大的社会效益。并开展空气超声成像仪的关键参数计量性能研究，针对横向定位误差、横向分辨力、纵向定位误差、频率响应及声压级准确度等参数开展计量方法研究，实现对空气超声成像仪的声学性能的计量评价。