电容式传声器自由场互易校准数据处理系统设计

    0 引言

    在传声器校准中，由于受到测试系统和测试环境的影响，所测的信号含有噪声从而影响校准精度。为了提高校准精度，除了改进测试系统外，还需要对测得的电转移阻抗数据进行数据处理。本文基于LabVIEW 和 Matlab 设计了一套数据分析处理系统，该处理系统不仅可以得到信噪比高的电转移阻抗，还可以计算传声器灵敏度级。实现校准数据分析处理的自动化，为实时数据分析提供依据。

    1 互易校准原理

    电声互易原理是指线性、无源、可逆的电声换能器，在用作接收器时的自由场电压 (电流) 灵敏度和用作发射器的发送电流 (电压) 响应之比与换能器结构无关，其比称为互易常数。自由场互易校准依据 JJG482 － 2005 《实验室标准传声器》中规定的三传声器方法进行校准。方法是，假若三个传声器均为互易传声器，先将两个传声器相对置于自由场中，其中一个作声源，另一个作接收器，测出接收传声器开路电压以及发送传声器的输入电流。当系统声耦合特性已知时，则可以得到这两个相对放置的传声器自由场灵敏度积，顺次组合放置传声器，可以得到这三个传声器各自的自由场灵敏度［1］。传声器自由场灵敏度 Mf表达式为

    式中:UI是三支传声器组合时的电转移模量; d 是两两组合时测得的传声器声间距; f 是频率;ρ 是空气密度; a 是空气中声波衰减系数。

    2 软件开发平台

    LabVIEW 是一种图形化的编程语言，功能强大，应用广泛［2］，但自带的函数库数目有限，当涉及到一些复杂算法时，就需要开发者自己编写底层代码，使得虚拟仪器的开发比较困难。为了实现虚拟仪器的快速开发，可以利用其他应用程序资源来扩展LabVIEW 的功能，如 Matlab。

    Matlab 语法结构简明，数值计算高效，但是用户界面开发能力较差，数据输入、网络通信、硬件控制等方面的编程比较繁琐［3］。本文正是结合 LabVIEW 虚拟仪器开发平台和 Matlab 软件强大的数值分析功能的优点，将 Matlab 和 LabVIEW 混合编程技术应用于传声器自由场互易校准数据处理系统的设计中。

    3 软件基本功能

    传声器自由场互易校准数据处理系统包括参数设置模块、传声器电转移阻抗处理模块和灵敏度计算模块。数据处理软件设计流程如图 1 所示。

    3. 1 参数设置模块

    在数据处理前需要输入校准的环境参数，包括大气压力、空气密度、实验室温度、湿度、传声器的电容值。由于这些参数来源于对外部环境的测量，在计算过程中不会发生改变，因此将这些设置为全局变量组成一个模块，方便统一修改。同时为了在校准结束后完善和区分保存的数据信息，还需要知道校准传声器的序列编号，这部分信息也在数据处理前设置。参数设置界面如图 2 所示。