[发明专利]一种高温环境下声场测量与分析装置及其分析方法

权利要求书

1.一种高温环境下声场测量与分析装置，其特征在于：该装置由声导管阵列（1）、柔性半无限管（2）、声音传感器（3）、数据采集器（4）和计算机（5）构成，

其中，所述声导管阵列（1）由多个声导管（1-1）组成，所述声音传感器（3）安装在垂直于每个所述声导管（1-1）轴线的方向上，使用两个内径不同的抱箍（6）进行限位，在声导管（1-1）壁面开孔，所述声音传感器（3）从孔中伸入，伸入的深度为膜片恰好完全进入孔内即可，并利用橡胶垫配合蜡封来密封接口处，所述声音传感器（3）通过所述数据采集器（4）与所述计算机（5）连接，每个所述声导管（1-1）末端均安装所述柔性半无限管（2）。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声导管（1-1）为长1.5m、直径φ25mm的304不锈钢圆管。

3.一种如权利要求1中高温环境下声场测量与分析装置的声场数据分析方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1，将由若干声导管（1-1）组成的声导管阵列（1）的一端置于待测高温环境中，高温环境中的声波进入声导管阵列（1），以沿导管轴线方向的稳定单一平面波形式被传声器接收，再通过数据采集器实现多路通道声音信号的同步采集，声音信号存入计算机（5），

步骤2，计算机（5）首先通过的基于1/3倍频程谱的声导管内声压幅值修正方法建立声导管进口、出口端的声压幅值修正模型，由该模型对采集到的原始多通道同步声音信号数据进行幅值修正，获得修正后的多通道同步声音信号数据；

然后对修正后的多通道同步声音信号数据进行时域、频域分析，获得时域、幅频谱、功率谱等图象；与此同时，使用波束形成方法获得平面声场的声压重构数据矩阵，并对该矩阵进行峭度加权优化计算，实现基于峭度加权的波束形成算法优化，获得优化的平面声场声压重构云图，有效消除空间混叠效应，提高空间分辨率，对处于高温环境下的声源具有较高的重构精度，可准确重构出声源的位置和声压分布强度。

4.一种如权利要求3所述的分析方法，其特征在于，所述步骤1中的基于1/3倍频程谱的声导管内声压幅值修正方法，具体包括以下步骤：首先，通过标定试验获得声导管出口声压幅值的标准修正量，即以1/3倍频程各频带中心频率的纯音信号作为声源，测量声导管进口和出口处的声压级差值，以各频带中心频率纯音的幅值差作为各频带的标准修正量；其次，对由放置在各通道声导管出口端传声器采集到的原始声音信号进行1/3倍频程谱分析，将各通道各频带的声压级与各频带的标准修正量相加，获得修正后的1/3倍频程谱上各频带的声压级；最后，将各通道修正后的1/3倍频程谱上各频带的声压级通过式（1）的计算，得到该通道修正后全频段上声压级的总和L：

                （1）

式（1）中，分别为修正后各频带内的声压级，单位为dB；

L为修正后全频段上声压级的总和，单位为dB；

通过基于1/3倍频程谱的声导管声压幅值修正方法，获得修正后的多通道同步声场数据，确保在声导管阵列末端所接收到的声音信号的准确性。

5.一种如权利要求3所述的分析方法，其特征在于，所述步骤2中所述的基于峭度加权的波束形成算法优化，具体包括以下步骤：首先，利用常规波束形成方法获得重建面的声压级矩阵：

                            （2）

式（2）中，为一个阶方阵，表示重建面上重建点的总行数和总列数，表示矩阵上第行第列的重建点声压级，单位为dB；

其次，对重建面声压级矩阵按行进行峭度计算，获得每一行的峭度值，表示矩阵第m行的峭度值；然后，对每一行峭度值进行归一化处理，并进行峭度值的矩阵扩展；

设归一化行峭度值为：

        （3）

将归一化后的行峭度值序列扩展为一个阶对角矩阵：

         （4）

最后，将作为加权因子矩阵，左乘原重构矩阵，得到处理后的重构结果：

                         （5）

式(6)的结果得到了水平方向峭度加权后的输出矩阵；为了突出竖直方向的声载荷分布，需对按照列继续进行一次上述过程的处理，即可得到最后的重构云图；

具体步骤为，首先求矩阵第n列的峭度值，在此基础上，对每一列峭度值进行归一化处理，设归一化的列峭度值为：

         （6）

并将归一化后的列峭度值序列扩展为一个阶对角矩阵：

          （7）

将作为加权因子矩阵，右乘矩阵，得到最终优化后的声压重构矩阵：

                        （8）

。