CN107655563B - 一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法，该装置包括：容器，所述容器内设置隔板以使容器分隔为第一隔室和第二隔室，第一隔室的侧壁设置第一通孔，第二隔室的侧壁设置第二通孔；第一隔室内盛放流体介质，第二隔室内盛放水介质；第一通孔密封连接发声装置，第二通孔密封，并在第二通孔朝向第一通孔的一侧设置标准水听器；或者，第一通孔密封，第二通孔密封连接发声装置，并在第一通孔朝向第二通孔的一侧设置待测声传感器。本发明通过构造出满足互易声场条件的水环境和介质环境并激励运动发声，对获取的参数进行处理后，能够准确测量工作条件在变压器油等流体介质中的声传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及声学测量领域，具体涉及一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法。
背景技术
变压器可以分为油浸式变压器和干式变压器。其中，油浸式变压器中为了加强绝缘和冷却条件，变压器的铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中。为了对油浸式变压器的本体噪声进行检测，开发出了耐变压器油的声传感器。
为了对耐变压器油的声传感器的灵敏度进行检测，现有技术中通常采用与水听器校准相同的比对法或互易测试方法。其中，比对法是采用灵敏度已知的标准水听器与待测水听器进行比对，获取待测水听器的灵敏度；而互易测试是应用电声互易原理来校准接收换能器(标准传声器或标准水听器)的一种精确方法，此方法被国际电工委员会(IEC)确定为标准方法。电声互易原理是指线性、无源、可逆的电声换能器(互易换能器)，在用作接收器时的接收灵敏度和用作发射器的发送响应之比为一常数，此常数称为互易常数。
因此，现有技术至少存在以下技术缺陷：若采用比对法，需要一个灵敏度已知的标准水听器，其灵敏度实际是在水中的灵敏度；当标准水听器放到变压器油中时，由于水的阻抗和变压器油的阻抗不一样，标准水听器的灵敏度会发生一定变化，导致测量不准确，同时其封装材料可能被变压器油腐蚀造成标准水听器损坏；若采用互易测试方法，需要开发耐变压器油腐蚀的互易换能器，实现起来也较为困难。
发明内容
针对现有技术中存在的上诉缺陷，本发明提供一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法。
本发明的一方面提供一种声传感器低频灵敏度的测试装置，包括：容器，所述容器内设置隔板以使所述容器分隔为第一隔室和第二隔室，所述第一隔室的侧壁设置第一通孔，所述第二隔室的侧壁设置第二通孔；所述第一隔室内盛放流体介质，所述第二隔室内盛放水介质；所述第一通孔密封连接发声装置，所述第二通孔密封，并在所述第二通孔朝向所述第一通孔的一侧设置标准水听器；或者，所述第一通孔密封，所述第二通孔密封连接所述发声装置，并在所述第一通孔朝向所述第二通孔的一侧设置待测声传感器。
其中，所述发声装置包括激振器、顶杆、加速度计和平板活塞，所述激振器依次与所述顶杆、所述加速度计和所述平板活塞连接，所述平板活塞与所述第一通孔或所述第二通孔密封连接。
其中，所述第一通孔和所述第二通孔相对设置。
其中，所述流体介质包括变压器油、海水、煤油或酒精。
其中，所述容器为硬壁容器，所述平板活塞为圆形硬质平板活塞，所述标准水听器为B&K 8104型水听器，所述隔板为不锈钢隔板。
本发明另一方面提供一种根据上述装置的声传感器低频灵敏度的测试方法，包括：S1，以第一运动速度激励所述发声装置运动发声并获取所述标准水听器的声压；S2，以第二运动速度激励所述发声装置运动发声并获取所述待测声传感器的电压；S3，根据所述第一运动速度、所述声压、所述第二运动速度及所述电压获取所述待测声传感器的灵敏度。
其中，所述步骤S1进一步包括：通过所述激振器激励所述平板活塞运动发声，并获取所述平板活塞的第一运动速度以及所述标准水听器的声压；所述步骤S2进一步包括：通过所述激振器激励所述平板活塞运动发声，并获取所述平板活塞的第二运动速度以及所述待测声传感器的电压。
其中，所述步骤S3进一步包括：通过以下方式获取所述待测声传感器的灵敏度，
式中，f为频率，V1(f)为所述第一运动速度，P(f)为所述声压，V2(f)为所述第二运动速度，E(f)为所述电压，M(f)为所述待测声传感器的灵敏度。
其中，所述步骤S1前还包括：密封所述第二通孔，并在所述第二通孔朝向所述第一通孔的一侧设置标准水听器；所述步骤S2前还包括：密封所述第一通孔，并在所述第一通孔朝向所述第二通孔的一侧设置待测声传感器。
其中，通过所述加速度计获取所述第一运动速度和所述第二运动速度。
本发明提供的声传感器低频灵敏度的测试装置和方法，通过构造出满足互易声场条件的水环境和介质环境并激励运动发声，对获取的参数进行处理后，能够准确测量工作条件在变压器油等流体介质中的声传感器的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置的第一状态的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置的第二状态的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试方法的流程示意图；
图中，1：容器；2：隔板；3：第一平板活塞；4：第二平板活塞；5：标准水听器；6：待测声传感器；7：激振器；8：顶杆；9：加速度计；10：固定装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置是为了测量用于流体介质环境中的声传感器的灵敏度，以下以测量用于测量油浸式变压器本体噪声的声传感器的灵敏度为例对本发明实施例进行说明，但本发明实施例的保护范围不限于此。
图1为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置的第一状态的结构示意图，图2为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置的第二状态的结构示意图，如图1和图2所示，所述装置包括：容器1，所述容器1内设置隔板2以使所述容器1分隔为第一隔室和第二隔室，所述第一隔室的侧壁设置第一通孔，所述第二隔室的侧壁设置第二通孔；所述第一隔室内盛放流体介质，所述第二隔室内盛放水介质；所述第一通孔密封连接发声装置，所述第二通孔密封，并在所述第二通孔朝向所述第一通孔的一侧设置标准水听器5；或者，所述第一通孔密封，所述第二通孔密封连接所述发声装置，并在所述第一通孔朝向所述第二通孔的一侧设置待测声传感器6。
其中，流体介质是与待测声传感器使用环境对应的介质，即待测声传感器理想的工作环境；将待测声传感器设置在流体介质中进行灵敏度的测试，能够获取准确的灵敏度结果。
其中，水介质是与标准水听器使用环境对应的介质，即标准水听器理想的工作环境，另外在进行测试时，水介质的温度应当保持在标准水听器的工作温度。
具体地，容器1可以为诸如圆形或方形的多种形状之一；容器1的可以被隔板2分为两个部分，形成两个隔室。其中一个隔室可以注入流体介质，构造成流体介质环境；另一个隔室可以注入水，构造成水环境。在两个隔室侧壁开孔处可以分别设置一通孔，即可以在第一隔室的侧壁设置第一通孔；在第二隔室的侧壁设置第二通孔。
在第一状态下，第一通孔密封，且与发声装置连接，使得发声装置水平运动发声，且在第二隔室中的第二通孔的朝向第一通孔的一侧设置标准水听器5，测量声压值。
在第二状态下，第二通孔密封，且与发声装置连接，使得发声装置水平运动发声，且在第一隔室中的第一通孔的朝向第二通孔的一侧设置待测声传感器6，输出电压值。
本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置，通过构造出满足互易声场条件的水环境和介质环境并激励运动发声，对获取的参数进行处理后，能够准确测量工作条件在变压器油等流体介质中的声传感器的灵敏度。
在上述实施例的基础上，所述发声装置包括激振器7、顶杆8、加速度计9和平板活塞，所述激振器7依次与所述顶杆8、所述加速度计9和所述平板活塞连接，所述平板活塞与所述第一通孔或所述第二通孔密封连接。
其中，激振器(vibration exciter)是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振器能使被激物件获得一定形式和大小的振动量，从而对物体进行振动和强度试验，或对振动测试仪器和传感器进行校准。
如图1所示，在第一状态下，依次将激振器7、顶杆8、加速度计9与第一平板活塞3连接，激振器7以一定移动速度，激励第一平板活塞3运动发声，加速度计9可以测量得到第一平板活塞3的第一运动速度；而第二通孔密封，密封具体可采用如图2所示的密封方式，即采用第二平板活塞4与第二通孔密封连接，第二平板活塞4还与固定装置10连接，达到了密封的目的；还可以设置标准水听器5于第二通孔的前方1cm处。
如图2所示，在第二状态下，依次将激振器7、顶杆8、加速度计9与第二平板活塞4连接，激振器7以一定移动速度，激励第二平板活塞4运动发声，加速度计9可以测量得到第二平板活塞4的第二运动速度；而第一通孔密封，密封具体可采用如图3所示的密封方式，即采用第一平板活塞3与第一通孔密封连接，第一平板活塞3还与固定装置10连接，达到了密封的目的；还可以设置待测声传感器6于第一通孔的前方1cm处。
在上述实施例的基础上，所述第一通孔和所述第二通孔相对设置。具体地，将两个通孔相对设置，能够使待测声传感器6和标准水听器5的输出值较大，使得灵敏度的检测结果更加精确。
在上述实施例的基础上，所述流体介质包括变压器油、海水、煤油或酒精，该流体介质也可以是水。本发明实施例提供的测试装置可以对应用在多种介质中的声传感器的灵敏度进行测试，具有广泛的使用场景。
在上述实施例的基础上，所述容器1为硬壁容器，所述平板活塞为圆形硬质平板活塞，所述标准水听器5为B&K 8104型水听器，所述隔板2为不锈钢隔板。
其中，活塞是能够进行往复运动的部件，可以被激振器激励进行运动发声；第一平板活塞3和第二平板活塞4具体可以为圆形硬质平板活塞。
图3为本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试方法的流程示意图，如图3所示，包括：S1，以第一运动速度激励所述发声装置运动发声并获取所述标准水听器的声压；S2，以第二运动速度激励所述发声装置运动发声并获取所述待测声传感器的电压；S3，根据所述第一运动速度、所述声压、所述第二运动速度及所述电压获取所述待测声传感器的灵敏度。
在步骤S1中，进行第一状态下的测试，在流体介质中以第一运动速度激励发声装置运动发声，同时获取水介质中的标准水听器测量得到的声压。
在步骤S2中，进行第二状态下的测试，在水介质中以第二运动速度激励发声装置产生运动发声，同时获取流体介质中的待测声传感器输出的电压。
应当说明的是，上述步骤S1和步骤S2在时间顺序上是可以互换的，本发明实施例仅以在流体介质中激励发声装置运动发声，获取标准水听器的声压的步骤在先进行说明，本发明实施例的保护范围不限于此。
在步骤S3中，根据步骤S1和步骤S2中获取的第一运动速度及标准水听器测量得到的声压，第二运动速度及待测声传感器输出的电压，经过运算可以得到待测传感器的灵敏度。
本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试方法，通过构造出满足互易声场条件的水环境和介质环境并激励运动发声，对获取的参数进行处理后，能够准确测量工作条件在变压器油等流体介质中的声传感器的灵敏度。
在上述实施例的基础上，所述步骤S1进一步包括：通过所述激振器激励所述平板活塞运动发声，并获取所述平板活塞的第一运动速度以及所述标准水听器的声压；所述步骤S2进一步包括：通过所述激振器激励所述平板活塞运动发声，并获取所述平板活塞的第二运动速度以及所述待测声传感器的电压。
具体地，在步骤S1中，在第一状态下，通过激振器激励平板活塞在流体介质中水平运动发声，并同时测量平板活塞的运动速度，该运动速度即为第一运动速度；而同时标准水听器受到水平运动发声的影响，测量标准水听器测得的声压。
具体地，在步骤S2中，在第二状态下，与第一状态满足互易性质条件；通过激振器激励平板活塞在水介质中水平运动发声，并同时测量平板活塞的运动速度，该运动速度即为第二运动速度；同时获取待测声传感器输出的电压。
在上述实施例的基础上，所述步骤S3进一步包括：通过以下方式获取所述待测声传感器的灵敏度，
式中，f为频率，V1(f)为所述第一运动速度，P(f)为所述声压，V2(f)为所述第二运动速度，E(f)为所述电压，M(f)为所述待测声传感器的灵敏度。
在上述实施例的基础上，所述步骤S1前还包括：密封所述第二通孔，并在所述第二通孔朝向所述第一通孔的一侧设置标准水听器；所述步骤S2前还包括：密封所述第一通孔，并在所述第一通孔朝向所述第二通孔的一侧设置待测声传感器。
具体地，在进行步骤S1的第一状态下的测试前，需要对第二通孔进行密封，例如采用平板活塞与第二通孔密封连接，平板活塞还与固定装置连接，达到了密封的目的；还设置标准水听器于第二通孔的前方1cm处。
具体地，在进行步骤S2的第二状态下的测试前，需要对第一通孔进行密封，例如采用平板活塞与第一通孔密封连接，平板活塞还与固定装置连接，达到了密封的目的；还设置待测声传感器于第一通孔的前方1cm处。
在上述实施例的基础上，通过加速度计获取所述第一运动速度和所述第二运动速度。
为了说明上述本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置和方法，以下举例进行说明。
采用上述实施例提供的测试装置和方法对耐变压器油的声传感器的灵敏度进行测试。环境温度保持在标准水听器的工作温度，进行基于声声互易原理的灵敏度测试。测试主要分为3个步骤：
步骤1：如图1所示，进行第一状态下测试；通过固定装置10固定第二平板活塞4，在其正前方1cm处设置标准水听器5，使用激振器7通过顶杆8激励第一平板活塞3水平运动发声，并在顶杆8和第一平板活塞3之间串联加速度计9以测量第一平板活塞3的运动速度，同时通过标准水听器5(B&K 8104型水听器)测得声压。
步骤2：如图2所示，进行第二状态下测试；通过固定装置10固定第一平板活塞3，在其正前方1cm处设置待测声传感器6，使用激振器7通过顶杆8激励第二平板活塞4水平运动发声，并在顶杆8和第二平板活塞4之间串联加速度计9以测量第二平板活塞4的运动速度，同时测得待测声传感器6的输出电压。
步骤3：通过声声互易原理得到待测声传感器6的灵敏度的计算公式(1)，获取待测声传感器6的灵敏度。
本发明实施例提供的声传感器低频灵敏度的测试装置和方法，针对特制的用于特殊介质的声传感器的灵敏度测量问题，构造出水环境和介质环境分别设置标准水听器和待测声传感器，从而保证标准水听器处于理想工作环境；同时使用平板活塞作为点声源，并根据声声互易原理得到待测声传感器灵敏度的计算公式，进一步准确获得待测声传感器的灵敏度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种基于声传感器低频灵敏度的测试装置的声传感器低频灵敏度的测试方法，其特征在于，所述声传感器低频灵敏度的测试装置包括：
容器，所述容器内设置隔板以使所述容器分隔为第一隔室和第二隔室，所述第一隔室的侧壁设置第一通孔，所述第二隔室的侧壁设置第二通孔；所述第一隔室内盛放流体介质，所述第二隔室内盛放水介质；
第一状态下，所述第一通孔密封连接发声装置，所述第二通孔密封，并在所述第二通孔朝向所述第一通孔的一侧设置标准水听器；第二状态下，所述第一通孔密封，所述第二通孔密封连接所述发声装置，并在所述第一通孔朝向所述第二通孔的一侧设置待测声传感器；
相应地，所述声传感器低频灵敏度的测试方法包括：
S1，以第一运动速度激励所述发声装置运动发声并获取所述标准水听器的声压；
S2，以第二运动速度激励所述发声装置运动发声并获取所述待测声传感器的电压；
S3，根据所述第一运动速度、所述声压、所述第二运动速度及所述电压获取所述待测声传感器的灵敏度；
其中，在S1之前，所述方法还包括：将所述声传感器低频灵敏度的测试装置布置成第一状态的步骤；
其中，在S2之前，所述方法还包括：将所述声传感器低频灵敏度的测试装置布置成第二状态的步骤；
其中，步骤S3进一步包括：
通过以下方式获取所述待测声传感器的灵敏度，
式中，f为频率，V1(f)为所述第一运动速度，P(f)为所述声压，V2(f)为所述第二运动速度，E(f)为所述电压，M(f)为所述待测声传感器的灵敏度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述发声装置包括激振器、顶杆、加速度计、第一平板活塞和第二平板活塞，在第一状态下，所述激振器依次与所述顶杆、所述加速度计和所述第一平板活塞连接；在第二状态下，所述激振器依次与所述顶杆、所述加速度计和所述第二平板活塞连接；
相应地，所述步骤S1进一步包括：
通过所述激振器通过顶杆激励所述第一平板活塞运动发声，并获取所述第一平板活塞的第一运动速度以及所述标准水听器的声压；
所述步骤S2进一步包括：
通过所述激振器通过顶杆激励所述第二平板活塞运动发声，并获取所述第二平板活塞的第二运动速度以及所述待测声传感器的电压；
其中，第一状态下所述第二平板活塞与第二通孔密封连接；第二状态下所述第一平板活塞与第一通孔密封连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔相对设置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体介质包括变压器油、海水、煤油或酒精。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述容器为硬壁容器，所述第一平板活塞和所述第二平板活塞为圆形硬质平板活塞，所述标准水听器为B&K 8104型水听器，所述隔板为不锈钢隔板。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述加速度计获取所述第一运动速度和所述第二运动速度。
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-
2017
- 2017-08-07 CN CN201710665586.7A patent/CN107655563B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107655563A (zh) | 2018-02-02 |
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