[发明专利]一种声光弹特性测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种声光弹特性测量系统，其包括测量控制箱、声音传感系统和光传感系统，在测量控制箱内设置有多通道数据采集卡、信号处理系统、数据存储单元、实时显示单元、数据输出单元，测量控制箱配置地用于完成测量数据的采集、测量数据的记录和处理、测量参数的实时显示、数据输出功能，其中多通道数据采集卡配置地用于将每个通道的测量信号采集传输至信号处理系统，信号处理系统配置地用于对采集的信号进行实时处理，以获得需要的噪声水平、光强以及噪声水平和光强随距离的关系，并同时具有声光电报警模块，数据存储单元配置地用于将处理前和处理后的数据进行记录，实时显示单元通过利用LCD液晶板实时显示所选择通道的测量值，数据输出单元配置地用于通过USB接口输出处理前和处理后的数据，用于进一步数据处理；测量控制箱中的上述各装置中的各输入输出端口均具有保护功能；其特征在于：所述声音传感系统包括至少一个声音传感器、第一前置放大电路和第一信号调制电路，其中，声音传感器依次通过第一前置放大电路和第一信号调制电路与测量控制箱相连接，光传感系统包括至少一个光传感器、光强处理器、第二前置放大电路和第二信号调制电路，其中该光传感器依次通过光强处理器、第二前置放大电路和第二信号调制电路与测量控制箱相连接，其中上述声音传感系统和光传感系统均被布置在距离声光弹爆炸点一定距离的采集点处，此外，上述每个声音传感器和光传感器均配备有传感器底座，该底座配置地用于在声光弹爆炸采集点处固定声音传感器或光传感器。

2.如权利要求1所述的一种声光弹特性测量系统，其特征在于：测量控制箱的技术指标为：

并行通道数         20

每通道最高采样率   10M样点/秒

存储深度           1M样点/通道

A/D                16位

声音测量的技术指标为：

场类型       自由场

供电方式     220V/110V

频率响应     20Hz—20kHz

测量范围     大于170dB

增益         -20dB、0dB、20dB

测量灵敏度                                                  3dB

使用温度范围 -20—80°C

使用湿度范围  0—98%

光强测量技术指标：

  波长范围：    可见光

测量范围      cd—cd

分辨率        20cd

测量精度      3%

使用温度范围 -20—80°C

使用湿度范围  0—98%。

3.如权利要求2所述的一种声光弹特性测量系统，其特征在于：测量控制箱的后面板包括：

声模拟信号输入接口：分别接四路声信号调理电路输出的模拟信号；

光模拟信号输入接口：分别接四路光信号调理电路输出的模拟信号；

散热窗：使测量箱内的发热器件的热量及时散去，保持仪器的性能稳定；

电源输入接口：声光弹特性测试仪供电插座。

4.如权利要求3所述的一种声光弹特性测量系统，其特征在于：测量控制箱的前面板包括：

测试数据显示区：测试数据显示区分为四个部分，分别为通道1、通道2、通道3 和通道4，各个通道分别显示各通道的最大声压、有效声压、最大光强和有效光强四处值；

实弹-实验选择开关：当扭子开关打到“实验”时，仪器可以对实验配备的高光强闪光灯和声信号发生器声源进行测试，也可以对一般的声源和光源进行测试；当扭子开关打到“实弹”时，可以对声光弹实弹进行测试；

复位开关：当仪器受到外界干扰致使显示数据不正确时，可以通过复位开关将仪器复位；

数据传输按钮：待与计算机相连的数据线连接好，并且测试软件处在“等待接收”状态时，按下此按钮，测试数据可以上传至计算机；

数据传输 USB 接口：可以通过此接口将测试数据上传至计算机； 

电源开关：按下开关，电源接通市网交流电，电源指示灯亮，仪器处于测试状态；再次按下此开关，切断电源。

5.一种声光弹特性测量方法，其采用如权利要求1-4中任一项所述的一种声光弹特性测量系统，其特征在于：声音传感系统和光传感系统分布于声光弹的作用半径内的采集点处，当声光弹爆炸后，产生的声信号和光信号被位于距爆炸点R处采集点的声音传感器和光传感器接收，经过信号控制电路对电信号进行处理获得电压值，其中光强处理器需对采集到的光进行光强转换处理，进而由测量控制箱中的多通道数据采集卡获得采集点位置处的噪声级Lp和强闪光强度I，具体的公式如下：

若位于距离爆炸点R处采集点的光传感器输出电压信号幅值为V1，则R处的瞬时照度为

其中：S —— 传感器灵敏度；

      α—— 一致性系数；

有效光强为                               

Δt表示峰值照度25%处的时间t1-t0之差值,单位为秒;

若位于距离爆炸点R处采集点的的声传感器输出电压信号幅值为V2，则R处的瞬时声压为

其中： S —— 传感器灵敏度；

       α—— 一致性系数；

有效声压为

利用公式              

这样，可将瞬时声压转化为噪声级表示形式；

进一步通过测量控制箱中的信号处理单元处理后利用下面的球面声场中声压级与半径的关系方程，导出距离爆炸点R_x的采集点位置处的噪声级：

由上式可获得声光弹爆炸作用半径内的噪声分布；

同样利用下面的球面光场中光强与半径的关系方程，导出距离爆炸点R_x的采集点位置处的光强：

由上式可获得声光弹爆炸作用半径内的光强分布；

在采集点位置处的噪声、光强以及噪声和光强随与爆炸点距离的变化曲线由测量控制箱中的信号处理系统获得；

然后，上述的在采集点位置处的噪声、光强以及噪声和光强随与爆炸点距离的变化曲线将通过测量控制箱中的实时显示单元显示给用户。