一种测量材料传递损失的装置及方法与流程

1.本技术涉及材料测试技术领域，尤其涉及一种测量材料传递损失的装置及方法。


背景技术：

2.全球化日益深入的今天，大型民机在国际经贸往来中起着重要的作用，随着我国国力的增强和国际交流的不断深化，大型民用飞机自主研发也提上了日程。大型民机的高经济性和高安全性要求使得许多相关的空气动力学问题亟待解决，噪声是大型民用飞机研制阶段必须重视的空气动力学问题之一，而飞机内部噪声影响承载人员的舒适乘坐环境，决定了大型民机型号的国际认可程度。针对客机机舱的噪声源通常是采取吸声、隔声和声源控制这三种方法，飞机经过长期的研究、设计，已经尽可能地减少了气动噪声、喷流噪声和涡轮的振动，所以机舱的噪声主要采用吸声和隔声的方法来解决。舱内的中高频噪声较容易通过蒙皮和内饰板中间的玻璃纤维棉吸收，低频噪声往往难以去除，飞机舱内噪声以低频噪声为主，因此对低频降噪材料的研究刻不容缓。
3.低频降噪材料的研制离不开评估材料低频声学特性的测试装置，目前市面上在售的驻波管依据压电性，可以在高频范围内对隔音材料进行较为准确的隔音测量，但是在低频范围内的灵敏度较低，以致难以对隔音材料在低频范围内的传递损失进行准确评估。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种测量材料传递损失的装置及方法，用于解决如下技术问题：现有驻波管难以对隔音材料在低频范围内的传递损失进行准确评估。
5.本技术实施例采用下述技术方案：
6.本技术实施例提供一种测量材料传递损失的装置，所述装置包括驻波管、扬声器、光纤激光器、光纤压力传感器组件以及信息处理组件；所述扬声器用于将接收到的低频白噪声，传递至所述光纤压力传感器组件，以使所述光纤压力传感器组件发生不同程度的形变；所述光纤激光器通过光纤与所述光纤压力传感器组件连接；所述光纤激光器用于向发生形变的所述光纤压力传感器组件发出入射激光，以使所述光纤压力传感器组件对应的干涉条纹数发生改变；所述光纤压力传感器组件，固定于所述驻波管的管壁表面；所述光纤压力传感器组件用于反射所述入射激光，并得到光信号；所述信息处理组件通过光纤与所述光纤压力传感器组件连接；所述信息处理组件用于采集所述光纤压力传感器组件的光信号，并对所述光信号进行处理，使其转变为电信号，以得到待测试样的传递损失。
7.可选地，所述待测试样沿垂直于所述驻波管的轴线方向，放置于所述驻波管的前段与中段管口的对接位置，以通过所述待测样品对所述管口对接位置进行封闭。
8.可选地，所述待测试样为圆柱体结构；并且所述待测试样的直径不小于所述驻波管的内径，所述待测试样的厚度不大于预设厚度阈值。
9.可选地，所述光纤压力传感器组件包括多个光纤压力传感器，所述多个光纤压力传感器齐平等间距固定于所述驻波管的管壁表面。
10.可选地，所述信息处理组件包括，光电转换装置与信号采集和数据处理器；所述光电转换装置通过光纤与所述光纤压力传感器组件进行连接，所述光电转换装置用于，将所述光纤压力传感器组件发出的光信号转换为电信号，并将所述电信号传输至所述信号采集和数据处理器；所述信号采集和数据处理器的输入端口与所述光电转换装置连接，所述信号采集和数据处理器的输出端口与计算机连接；所述信号采集和数据处理器用于采集和处理接收到的电信号，并将处理后的电信号传输至所述计算机进行分析计算。
11.可选地，所述装置还包括末端阻抗；所述末端阻抗固定于所述驻波管的末端；所述末端阻抗用于在进行基于传递矩阵法测试材料的传递损失，改变测试声压，获得材料有无末端阻抗时的传递损失矩阵，组成方程组求解。
12.可选地，所述装置还包括功率放大器；所述功率放大器一端与计算器连接，另一端与所述扬声器连接；所述功率放大器用于将所述计算器发出的低频白噪声进行放大，并将放大后的低频白噪声传递至所述扬声器。
13.可选地，所述扬声器与所述光纤激光器内置于所述驻波管的同一端。
14.本技术实施例还提供一种测量材料传递损失的方法，通过扬声器将接收到的低频白噪声，传递至光纤压力传感器组件，以使所述光纤压力传感器组件发生不同程度的形变；通过光纤激光器，向发生形变的所述光纤压力传感器组件发出入射激光，以使所述光纤压力传感器组件对应的干涉条纹数发生改变；其中，所述光纤激光器通过光纤与所述光纤压力传感器组件连接；通过固定于驻波管表面的所述光纤压力传感器组件，反射所述入射激光，并得到光信号；通过信息处理组件，采集所述光纤压力传感器组件的光信号，并对所述光信号进行处理，以得到待测试样的传递损失；其中，所述信息处理组件通过光纤与所述光纤压力传感器组件连接。
15.可选地，所述得到待测试样的传递损失，具体包括：通过所述信息处理组件对采集的光信号进行处理，得到第一信号数据；通过末端阻抗测量得到第二信号数据；根据所述第一信号数据与所述第二信号数据，得到所述待测试样的传递损失。
16.本技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
17.1.本技术所提供的测量材料传递损失的装置，将低频白噪声传递至光线压力传感器组件，以使光纤压力传感器组件发生形变。再向发生形变的光纤压力传感器组件发射激光，此时，光纤压力传感器组件会因形变而改变入射光与反射光的光程差，从而引起干涉条纹数的改变。通过得到的光信号，可以计算出当前隔声材料的声音传递损失。因为光信号对低频信号灵敏度较高，因此对低频信号的检测较为准确。从而解决现有技术难以对低频中的隔音材料进行隔声量测量的问题。
18.2.本技术所提供的测量材料传递损失的装置，将待测试样放置于驻波管的前段与中段管口的对接位置。一方面可以将接口位置的管口封严，防止声音泄漏。另一方面也可以使得光纤压力传感器以待测材料为中心，向两侧逐一放置，从而使得获取到的多组隔声量数据进行比对，以提高对隔声量测量的准确性。
19.3.本技术所提供的测量材料传递损失的装置，多个光纤压力传感器齐平等间距固定于所述驻波管的管壁表面，可以降低计算传递损失的复杂度。因为是等间距固定于驻波管表面，因此，计算过程中，无需考虑声音传递距离的问题，数据量较少，提高了计算速度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
21.图1为本技术实施例提供的一种测量材料传递损失的装置结构示意图；
22.图2为本技术实施例提供的一种测量材料传递损失的方法流程图。
23.其中，
24.1第一光纤压力传感器，2第二光纤压力传感器，3第三光纤压力传感器，4第四光纤压力传感器，5功率放大器，6扬声器，7光纤激光器，8光电转换装置，9信号采集和数据处理器，10计算机，11驻波管，12末端阻抗，13待测试样。
具体实施方式
25.本技术实施例提供一种测量材料传递损失的装置及方法。
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
27.另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
30.参照图1所示，本技术实施例提供一种测量材料传递损失的装置。包括驻波管11、扬声器6、光纤激光器7、光纤压力传感器组件以及信息处理组件。扬声器6用于将接收到的低频白噪声，传递至光纤压力传感器组件，以使光纤压力传感器组件发生不同程度的形变。光纤激光器7通过光纤与光纤压力传感器组件连接，光纤激光器7用于向发生形变的光纤压力传感器组件发出入射激光，以使光纤压力传感器组件对应的干涉条纹数发生改变。光纤压力传感器组件，固定于驻波管11的管壁表面，光纤压力传感器组件用于反射入射激光，并
得到光信号。
31.进一步地，通过扬声器6对驻波管11内的待测试样13进行声激励，光纤压力传感器组件内置合金薄片(图中未示出)受到声压而产生变形。此时，通过光纤激光器7对光纤压力传感器组件发射激光，变形后的光纤压力传感器会使得入射光与反射光的光程差发生变化，从而引起干涉条纹数改变。
32.需要说明的是，因为光波是以正弦波的形式在介质中传播的，由于光波传播的独立性和线性叠加性，两束或两束以上同频光波相遇时，会根据相位的不同出现光增强或减弱的现象，即为干涉条纹数发生变化。
33.此外，信息处理组件通过光纤与光纤压力传感器组件连接。信息处理组件用于采集光纤压力传感器组件的光信号，并对光信号进行处理，以得到待测试样13的传递损失。
34.进一步地，信息处理组件将采集到的光信号进行调制解调处理，将光信号中受声压干涉的光波从光信号中解调出来，通过预置的光信号与声压信号的关系，将解调出来的光信号转换为电信号。
35.本技术实施例通过光信号的变化，去测量待测试样13在低频信号中的隔声量。因为光信号灵敏度较高，受外接环境影响小，进而可以在低频信号中对待测试样13进行传递损失测量。从而解决现有技术难以在低频信号下对材料的隔声量进行测量的问题。
36.作为一种实施方式，参照图1所示，待测试样13沿垂直于驻波管11的轴线方向，放置于驻波管11的前段与中段管口的对接位置，以通过待测样品对管口对接位置进行封闭。
37.进一步地，驻波管11由前段、中段、后段三段组成。本技术实施例在对待测试样13进行隔声测试时，首先在驻波管11中段管口位置安装试样，与驻波管11前段对接。待测试样13的边缘与驻波管11内表面贴合，从而将驻波管11关口的对接位置进行封闭，以防止低频白噪声的泄露。
38.本技术实施例中驻波管11的结构参数优选为总长度为4米，内径195毫米，外径225毫米，测试频率范围为25hz～800hz。其管壁以轻质铝合金材料制成，驻波管11管壁壁厚，内表面平滑无缝隙，避免高频声振耦合发生共振。
39.需要说明的是，上述驻波管11的结构参数仅为优选参数，在实际应用中可以根据需求对驻波管11的结构参数进行调整，本技术实施例对此不作限制。
40.作为一种实施方式，参照图1所示，待测试样13为圆柱体结构。并且待测试样13的直径不小于驻波管11的内径，待测试样13的厚度不大于预设厚度阈值。
41.进一步地，本技术实施例中的待测试样13可以为泡沫、橡胶、金属等不同模量、不同类别、不同复合形式的材料。本技术实施例中的待测试样13的边缘与驻波管11的内表面贴合，因此，待测试样13的横截面形状与驻波管11的横截面形状相同。
42.例如，在驻波管11的横截面形状为圆形，且驻波管11的内径为195毫米时，待测试样13的结构可以为圆柱体，且待测试样13的直径不小于195mm，厚度不大于20mm。
43.作为一种实施方式，参照图1所示，光纤压力传感器组件包括，第一光纤压力传感器1，第二光纤压力传感器2，第三光纤压力传感器3，第四光纤压力传感器4。多个光纤压力传感器齐平等间距固定于驻波管11的管壁表面。同时光纤压力传感器的安装夹具，可以使得光纤压力传感器在管壁表面齐平安装，从而实现有效的密封，防止声泄露。
44.进一步地，本技术实施例优选在驻波管11的前段放置第一光纤压力传感器1与第
二光纤压力传感器2，中段放置待测试样13，后段放置第三光纤压力传感器3与第四光纤压力传感器4。且各光纤压力传感器齐平等间距固定与驻波管11的管壁表面。
45.本技术实施例通过四个光线压力传感器可以采集到足够的光信号数据，以对待测试样13的隔声量进行计算。因为声音在传递过程中，不同的距离会有不同的损耗，因此将光纤压力传感器依次齐平等间距放置，可以简化距离对声音传递损失的计算量，以得到待测试样13的隔声效果。且在驻波管11的前段与后段各放置两个光纤压力传感器，能够用最少的成本，较为精确的得到声音的传递损失。若在光纤压力传感器的数量增多的情况下，不仅会增高成本，也会造成数据量的增多，加大计算复杂度。
46.进一步地，本技术实施例中两个相邻光纤压力传感器的间距优选为1米，光纤压力传感器与内置扬声器6的距离优选为0.6米，光纤压力传感器与末端阻抗12的距离优选为0.4米。
47.需要说明的是，本技术实施例光纤压力传感器的数量以及放置位置为优选方案，在实际应用中，也可以根据需求对光纤压力传感器的数量以及放置位置进行更改。例如，若想提高对声音传递损失的计算精度，可以在驻波管11壁面增加放置的光纤压力传感器的数量，减小相邻两个光纤压力传感器之间的距离，以测得更多的光信号数据，从而提高传递损失的计算精度。
48.作为一种实施方式，参照图1所示，测量材料传递损失的装置还包括功率放大器5。功率放大器5一端与计算器连接，另一端与扬声器6连接。功率放大器5用于将计算机10发出的低频白噪声进行放大，并将放大后的低频白噪声传递至扬声器6。
49.作为一种实施方式，参照图1所示，扬声器6与光纤激光器7内置于所述驻波管11的同一端。
50.进一步地，在对待测试样13的隔声量进行测试时，由计算机10发出低频白噪声，经功率放大器5放大后，将低频白噪声传递给扬声器6。扬声器6置于驻波管11的一端，将低频白噪声传递给驻波管11内的待测试样13，以及传递给光纤压力传感器组件。光纤压力传感器组件在收到低频白噪声的声压后，会产生形变。此时，与扬声器6安装于同一侧的光纤激光器7，会向光纤压力传感器组件发出入射激光，发生形变的光纤压力传感器组件反射入射激光，由于形变，会引起入射角与反射角的改变，从而引起光信号的改变。
51.作为一种实施方式，参照图1所示，信息处理组件包括，光电转换装置8与信号采集和数据处理器9。光电转换装置8通过光纤与光纤压力传感器组件进行连接，光电转换装置8用于，将光纤压力传感器组件发出的光信号转换为电信号，并将电信号传输至信号采集和数据处理器9。信号采集和数据处理器9的输入端口与光电转换装置8连接，信号采集和数据处理器9的输出端口与计算机10连接。信号采集和数据处理器9用于采集和处理接收到的电信号，并将处理后的电信号传输至计算机10进行分析计算。
52.进一步地，光纤压力传感器组件在得到光信号后，通过信息处理组件将光信号转换为电信号，并对该电信号进行处理计算，从而得到当前待测试样13在低频白噪声信号中的声音传递损失。通过信号采集和数据处理器9将采集到的光信号进行调制解调处理，将光信号中受声压干涉的光波从光信号中解调出来。再通过光电转换装置8以及预置的光信号与声压信号的关系，将解调出来的光信号转换为电信号。信号采集和数据处理器9将接收到的电信号传递至计算机10，通过计算机10预置的计算软件，对接收到的数据进行分析计算，
从而得到待测材料的传递损失。
53.作为一种实施方式，参照图1所示，末端阻抗12固定于驻波管11的末端。末端阻抗用于在进行基于传递矩阵法测试材料的传递损失时，改变测试声压，获得材料有无末端阻抗时的传递损失矩阵，组成方程组求解。
54.进一步地，末端阻抗12用于改变测试声压，测试有末端阻抗12时，待测试样13的隔声测试结果。
55.进一步地，在去除驻波管11后段的末端阻抗12后，重复试验并再次通过计算机10分析计算。对两次测试结果做传递矩阵，最终得到待测试样13的传递损失。
56.表1为本技术实施例对某测试材料进行测试的对比表。
[0057][0058]
表1
[0059]
如表1所示，对比产品与本技术实施例产品，在25hz～200hz频率范围内的测试结果明显偏离，对比产品与本本技术实施例产品在200hz频率以上测试结果较为吻合。而通过对比标准数据可以得知，本技术实施例产品在25hz～800hz范围内均测试准确，从而可以得到本身请实施例在低频范围内，对隔声量的测量更加准确。
[0060]
本技术实施例提供一种测量材料传递损失的方法，包括：通过扬声器6将接收到的低频白噪声，传递至光纤压力传感器组件，以使光纤压力传感器组件发生不同程度的形变。通过光纤激光器7，向发生形变的光纤压力传感器组件发出入射激光，以使光纤压力传感器组件对应的干涉条纹数发生改变。其中，光纤激光器7通过光纤与光纤压力传感器组件连接。通过固定于驻波管11表面的光纤压力传感器组件，反射入射激光，并得到光信号。通过信息处理组件，采集光纤压力传感器组件的光信号，并对光信号进行处理，以得到待测试样13的传递损失。其中，信息处理组件通过光纤与光纤压力传感器组件连接。
[0061]
参照图2所示，测量材料传递损失的方法具体包括如下步骤：
[0062]
s201、通过计算机10发出低频白噪声，经过功率放大器5将低频白噪声进行放大。
[0063]
s202、通过扬声器6将放大后的低频白噪传递至驻波管11中的光纤压力传感器组件。
[0064]
s203、光纤激光器7向光纤压力传感器发射入射激光。
[0065]
进一步地，光纤压力传感器组件中包含多个固定于驻波管11管壁的光纤压力传感器。光纤压力传感器内置合金薄片因受到声压，而产生形变。此时，光纤激光器7向光纤压力传感器发射入射激光，光纤压力传感器因发生形变，因此入射光与反射光的角度会发生改变，此时会引起干涉条纹数的改变。
[0066]
s204、信息处理组件会采集该光信号，并将采集到的光信号进行处理以得到电信号。
[0067]
s205、信息处理组件将得到的电信号传递至计算机10，通过计算机10内的预置软件对电信号进行处理计算，从而得到待测试样13的传递损失。
[0068]
进一步地，通过信息处理组件对采集的光信号进行处理，得到第一信号数据。通过末端阻抗12测量得到第二信号数据。根据第一信号数据与第二信号数据，得到待测试样13的传递损失。
[0069]
进一步地，本技术实施例的驻波管11末端还安装有末端阻抗12，末端阻抗12也可以接收到扬声器6发出的声信号。末端阻抗12在收到声信号之后，会与发声源的阻抗进行比对，从而得到待测试样13的传递损失。去除驻波管11后段的末端阻抗12，再一次测试并分析计算，计算机10中的软件对两次计算结果做传递矩阵，最终得到待测试样13的传递损失。
[0070]
本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备、非易失性计算机存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0071]
上述对本技术特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0072]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术的实施例可以有各种更改和变化。凡在本技术实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。