声学计量课件.pptx
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1、声学计量声学计量 声学计量是声学的重要组成部分,也是声学发展的基础,研究声学基本参量、主观评价参量和工程使用参量的测量及保证单位统一和量值准确的技术科学。它包括声学计量基准和标准的建立及保持、量值传递、测量方法等。可分为空气声计量、水声计量和超声计量。国防和军事用途的需求是声学计量发展的强大动力。内容 第一节 声学计量的基本概念 第二节 空气声计量 第三节 超声计量 第四节 水声计量第一节 声学计量的基本概念一、几个基本声学量一、几个基本声学量1.声压(p) 声压定义为在有声波时,介质中的压力与静压的差值,单位为Pa。静压为没有声波时媒质中的压力。2.质点振速(u) 质点振速定义为因声波通过而
2、引起的媒质中质点相对于其平衡位置的振动速度。单位为m/s。如不加说明,通常指的是有效值。3.声强 声强定义为声扬中某点处,在单位时间内从与质点振动方向垂直的单位面积上通过的声能。按定义的声强是瞬时矢量值: I(t)=p(t)u(t) 式中,I(t)为瞬时声强;p(t)为瞬时声压;u(t)为瞬时质点振速。4.声功率(w) 声功率定义为单位时间内通过某一面积的声能。单位为w。 声波为纵波时,声功率可用下式表示:01( )TanTwds P t u dtT 二、声学量的分贝表示声学量的分贝表示1.声压级的定义及其基准值 声扬中某点的声压可表示为 20lgrpPpL 2.声强级的定义 声强中某点的声强
3、级Li定义为该点的声强I与其基准值Ir之比的常用对数乘以10,即10lgIrILI第二节 空气声计量 空气声计量的内容是基本声学量的传递、测量器具的检定、对各种发声设备或物体的发声特性进行测试。一、标准传声器的计量标准传声器的计量1.标准传声器 传声器又称“电声换能器”,是把空气中的声信号转换为电信号的传感器。按照准确度等级和用途不同,传声器可分为工作基准传声器、计量标准传声器和工作级传声器三种类型。 工作基准传声器又称实验室标准传声器,主要用作复现和保存声学计量单位的基准值,通过互易法或比较法检定计量标准器具。 计量标准传声器即标准电容传声器是计量标准器具的一种,主要用作二次标准,通过比较法
4、检定计量器具。 工作级传声器即测试传声器,是工作计量器的一种用于各种目的的空气声学计量。二、测试传声器的计量测试传声器的计量1.测试传声器(1)工作原理 目前广泛使用的测试传声器是电容式传声器。其工作原理是通过改变两极板间的距离而改变电容量。前极板是很轻的膜片,可以随声压的变化而运动,使膜片与后极板之间的电容量发生变化,从而输出交流电压信号。信号的波形和强度与被测声压的波形和强度成正比。2.声校准器的法校准(1)校准装置 校准装置由声校准器、前置放大器、交流数字电压表及配套的气压计和温度计组成。(2)校准方法 声校准器工作时,在其腔体内形成声压场。校准时,使被测传声器与声叫着呢器的腔紧密耦合,
5、并使其参考轴在水平方向或在90度角的位置,接通电源,在规定的稳定时间后从表头采集声压级数据并记录,重复求平均值。还有在计算中考虑前置放大器的传输损失、校准器的气压修正值和校准值和校准器的体积腔修正值。三、空气声计量器具的检定空气声计量器具的检定1.声校准器的检定 声校准器是一种标准计量器具,当把声耦合到传声器上时,能产生一定频率的声压级,用来测定传声器的声压灵敏度,校准声级计或电声测量装置的声级。(1)检定装置 声校准器的检装置主要包括标准传声器、测量放大器、精密衰减器、交流电压表和正弦信号发生器,(2)检定方法 包括声压级的检定、频率的检定、谐波失真的检定。2.标准噪声源的检定 标准噪声源是
6、一种具有稳定声功率输出和带宽频谱特性的声源。可根据工作原理分为空气动力式、电动扬声器式及机械打击式三种类型。标准噪声源可产生已知功率的噪声源,用于测定机器或设备的噪声功率级、房间的吸声、隔声及混响的时间、传声器输出功率、噪声分布等。 检定方法: 检定内容是频带声功率级和计权声功率级,检定方法有半消声室方法和混响室法两种,但对环境(声学环境和物理环境)有特殊要求。四、噪声测量噪声测量 对声音主要从高低和强弱两个方面衡量,表示噪声强弱的客观物理量主要有声压、声强、声功率以及它们的“级”。表示噪声高低的客观量主要有频率、频程。而噪声频谱则同时表示了噪声的强弱和高低,噪声的评价参数有响度、响度级、计权
7、声压级、累积百分声级、昼夜等效级、噪声污染级等。第三节 超声计量 超声技术在医学和工业领域的地位越来越重要,如人们熟知的“B超”技术,航空件的探伤也是基本是采用超声现代超声技术,因此,超声计量近几年来得到了快速的发展。一、超声水听测量超声水听测量 超声水听器是测量超声声压、声功率和超声场的基本设备,是处于接受状态的超声换能器,主要用于接受水中超声声压信号,具有较高的灵敏度,频响特性较为平坦,能比较大范围内保持线性且有较好的温度稳定性。目前敏感元件的直径可小到一毫米的量级,可对1MHz以上的医疗设备的声场进行测量。1.超声水听器的绝对法测量(1)两换能器互易法 用该法校准分为两个过程,首先采用自
8、易法校准辅助换能器的电流响应,然而在辅助换能器产生的已知声场中校准水听器的自由场灵敏度。 (2)平面扫描法 超声波由已知输出功率水平的活塞换能器产生,测量中,被测水听器保持不动。测量用换能器在x,y方向上水平移动测量。二、超声场及媒质声速的测量超声场及媒质声速的测量1.超声场测量(1) 空间峰值参数测量 将水听器调节到最大输出信号的状态后,寻找换能器的声轴,然后使水听器沿换能器声轴移动,便可找到所需要的测量平面,进行最大化操作,寻找声强的最大值用于空间峰值参数的计算。 (2)空间平均参数测量 在整个声场中用水听器进行扫描,由数字示波器和计算机构成的自动扫描系统是目前最好的方案。 2.媒质声速的
9、测量 声速的测量有直接法和间接法两种。所谓直接法是通过测量声波在媒质中传播一段距离s所用的时间t得到声速(c=s/t)。脉冲测量法是直接法的一种,此法是向被测媒质中发射短促声脉冲,测定脉冲通过的、一段被准确测定的媒质长度。所谓间接法是通过测量在给定频率f下声波在媒质中的波长而确定声速的方法。三、超声计量的应用1.“B超”技术 概述概述 研究和应用超声的物理特性,以某种方式扫查 人体,诊断疾病的科学称为超声诊断学。 超声诊断学超声诊断学 超声诊断学主要是研究人体对超声的反作用规律,以了解人体内部情况,在现代医学影像学中与CT、X线、核医学、磁共振并驾齐驱,互为补充。它以强度低、频率高、对人体无损
10、伤、无痛苦、显示方法多样而著称,尤其对人体软组织的探测和心血管脏器的血流动力学观察有其独到之处。超声诊断学包括作用原理、仪器构造、显示方法、操作技术、记录方法、以及界面对超声的反射、散射或者透射信号的分析与判断等内容。 基本原理:超声在人体内传播,由于人体各种组织有一定的特性差异,超声波 在两种不同组织界面处产生反射、折射、散射绕射、衰减以及声源与接收器相对运动产生多普勒频移等物理特性。应用不同类型的超声诊断仪,采用各种扫查方法,接收这些反射、散射信号,显示各种组织及其病变的形态,结合病理学、临床医学,观察、分析、总结不同的反射规律,而对病变部位、性质和功能障碍程序作出诊断。 用于诊断时,超声
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