專利名稱：一種雙層玻璃窗內(nèi)層振動參數(shù)的測量裝置和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙層玻璃窗內(nèi)層振動參數(shù)的非接觸測量裝置及其測量方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有一些隔音空間(例如房間、艙體和廂體)安裝的是雙層玻璃窗。雙層玻璃又 名"隔聲玻璃"。專利200410077526 "—種材料隔音性能測量裝置"和專利02258449. 8 "車 內(nèi)噪聲測量裝置"均采用聲級計測量方法。聲級計存在以下局限性(l)測量結(jié)果不能直接 反映窗戶的振動參數(shù)。(2)當(dāng)室內(nèi)、車內(nèi)不便(或不允許)安放聲級計時，無法實施測量。
多普勒頻移法、激光干涉法等激光測振方法適合用于測量單層玻璃窗的振動參 數(shù)。200910030093. 1公開了"半導(dǎo)體激光自混合干涉測振儀"，其半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光 經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后變?yōu)槠叫泄?，入射到靶鏡上，部分光返回激光腔內(nèi)，與激光腔內(nèi)的光產(chǎn)生自 混合。如果用上述儀器測量雙層玻璃窗，其測量結(jié)果通常反映最靠近儀器的反射面(雙層 窗的外層玻璃)的振動狀態(tài)。單憑外層玻璃板的振動參數(shù)，難以簡單推斷內(nèi)層玻璃板的振 動情況。專利200410010879. 4公開了"可測量不同距離運動物體速度的雙光路激光多普勒 測速儀"，提供一種"使激光束焦點準(zhǔn)確地落在被測運動物體上"的測量方法。如果用上述 方法對準(zhǔn)內(nèi)層玻璃板，該激光束前進(jìn)和返回的過程中會兩次穿過外層玻璃板，使得內(nèi)層振 動的測量結(jié)果混有外層振動信息。已有激光測振儀器難以有效地抑制雙層窗外層玻璃板振 動對內(nèi)層玻璃板測量結(jié)果的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種雙層玻璃窗內(nèi)層振動參數(shù)的測 振裝置及其測量方法。以實現(xiàn)在窗外10-1000米的位置安放，可測量出雙層窗內(nèi)層玻璃板 在200Hz 5000Hz的振動參數(shù)，且能區(qū)分外層玻璃振動狀態(tài)與內(nèi)層玻璃振動狀態(tài)的差異， 能有效地消除室內(nèi)弱聲源測量數(shù)據(jù)中所包含的室外強(qiáng)聲源的干擾。 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的包括一個用雙波長激光照射雙層玻璃窗的激光 發(fā)射器組件、兩個用于接收雙層窗反射激光的光電接收器、所述兩個光電接收器通過柔性 電纜分別與信號處理器連接，信號處理器分別與包含地址發(fā)生器可控的內(nèi)置數(shù)字存儲器以 及耳機(jī)連接。 所述激光發(fā)射器組件由并列安放的兩個光源和分別與其連接的一個雙通道發(fā)射 控制器組成。所述兩個光源的結(jié)構(gòu)相同、波長不同，其每一個光源由調(diào)頻/調(diào)幅信號發(fā)生 器、激光調(diào)制驅(qū)動器和激光器三者串聯(lián)而成，在激光器左側(cè)裝有使該激光轉(zhuǎn)換成平行光束 的準(zhǔn)直透鏡組。 所述兩個光電接收器的結(jié)構(gòu)基本相同，每一個光電接收器均由從左向右順次安放 的集光透鏡組、濾光片、激光振動測量裝置和紅外探測器構(gòu)成，兩個光電探測器的濾波片的 透射波長不同。 所述信號處理器由兩個濾波模塊、一個信號合成電路以及一個靜音監(jiān)測電路組成；其中一個濾波模塊的輸入端與一個光電接收器連接，其輸出端與信號合成器正端連接， 該輸出端同時與靜音監(jiān)測電路輸入端連接；另一個濾波模塊的輸入端與另一個光電接收器 連接，其輸出端與信號合成器負(fù)端連接；該濾波模塊的輸入端還和靜音監(jiān)測電路的輸出端 連接。 所述裝置的測量方法包括以下步驟 (1)在室外1000米、玻璃板法線兩側(cè)85°扇面范圍內(nèi)，安放激光發(fā)射器組件，同時 發(fā)射波長為入p入2的兩束人眼不可見激光，照射雙層玻璃窗同一部位；
(2)在能夠收到雙層玻璃窗反射光束的位置，分別架設(shè)兩個光電接收器，其中一號 光電接收器選擇接收內(nèi)層玻璃板所反射的第一種波長、激光束，產(chǎn)生一路同時反映內(nèi)層 玻璃板和外層玻璃板振動狀態(tài)的主信號；2號光電接收器選擇接收單獨從外層玻璃板反射 回來的第二種波長入2激光束，產(chǎn)生一路主要反映外層玻璃板振動狀態(tài)的輔助信號；
(3)主信號送到一號濾波模塊，先按手動設(shè)定的參數(shù)放大和濾波，然后送往信號合 成器正端；輔助信號送到二號濾波模塊，先按公知的自適應(yīng)濾波方法放大和濾波，然后送往 信號合成器負(fù)端。信號合成器所輸出信號的特征在于，它是主信號與適度衰減并反相的輔 助信號實時疊加的結(jié)果，主信號中所包含的外層玻璃的振動信號成份被抵消(或抑制)；
(4)用耳機(jī)播放信號合成器輸出的電聲信號，完成振動狀態(tài)的定性測量；用地址 發(fā)生器可控的內(nèi)置數(shù)字存儲器記錄該信號，為定量計算信號振幅和頻率提供數(shù)據(jù)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點①對隔聲玻璃具備"穿透"功能當(dāng)內(nèi)層、外層玻璃振動狀 態(tài)不同時，本發(fā)明能減弱外層的隔聲作用、探測到內(nèi)層玻璃板的振動參數(shù)；②具備10-1000 米遠(yuǎn)程測量功能；③具備自動降噪功能在室外存在強(qiáng)聲源條件下，本發(fā)明能有效地抑制 室外強(qiáng)聲源的干擾，選擇性地測量室內(nèi)弱聲源的振動參數(shù)。


圖1為實施例1中裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是激光發(fā)射組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是光電接收器和信號處理器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是實施例2激光照射雙層玻璃窗的示意圖； 圖5是實施例3中信號處理示意圖； 圖6是抑制外層玻璃板振動狀態(tài)對內(nèi)層玻璃板測量結(jié)果干擾的波形圖； 圖7產(chǎn)生靜音監(jiān)測信號的電路圖。
具體實施例方式實施例1 :測量裝置 參照圖l，測量裝置由激光發(fā)射器組件l，光電接收器2-1和2-2，信號處理器3和 地址發(fā)生器可控的內(nèi)置數(shù)字存儲器4組成。用于測量室內(nèi)聲源7-l所引起的玻璃板8的振 動參數(shù)，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)完成振動頻率與幅度的定量計算。 激光發(fā)射器組件1中，光源1-1和光源1-2分別發(fā)射激光束5a和激光束6a (波長 為A p A 2)照射雙層窗。玻璃板反射的激光束5b和激光束6b分別達(dá)到光電接收器2-1和 2-2。
兩個光電接收器經(jīng)柔性電纜分別與信號處理器3連接，信號處理器3輸出的測量 結(jié)果送到地址發(fā)生器可控的內(nèi)置數(shù)字存儲器4，信號處理器3輸出的電聲信號用耳機(jī)10播 放。 參照圖2，激光發(fā)射器組件1由光源1-1 、光源1-2和雙通道發(fā)射控制器Fl組成。 1號光源和2號光源分別與雙通道發(fā)射控制器F1連接。兩個光源結(jié)構(gòu)相同、且并列安放，不 同點在于發(fā)射波長不同(分別為A p A 2)光源1-1的結(jié)構(gòu)是調(diào)頻/調(diào)幅信號發(fā)生器F2、 激光調(diào)制驅(qū)動器F3和激光器F4從右向左串聯(lián)成一個發(fā)射電路。激光調(diào)制_驅(qū)動器F3使 激光器F4產(chǎn)生人眼不可見激光11。激光11向右進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡組F5，轉(zhuǎn)換成平行光束5a。 光源2-2的結(jié)構(gòu)與光源1-1相同，其內(nèi)部激光為12，外部平行光束為6a。
參照圖3，本實施例所用的光電接收器2-1和光電接收器2-2的結(jié)構(gòu)基本相同，僅 濾波片14-1和濾波片14-2的工作波長不同(分別為A" A2)。單個光電探測器中，從左 向右順次安放集光透鏡組13、濾光片14、激光振動測量裝置15和紅外探測器16。激光振動 測量裝置15內(nèi)裝光學(xué)干涉器件。兩個激光振動測量裝置輸出的電信號被同時送往信號處 理器3。 參照圖3，所述信號處理器3由兩個濾波模塊、一個信號合成電路以及一個靜音監(jiān) 測電路組成。1號濾波模塊由放大器17-1和可調(diào)濾波器20-l組成，其輸入端與光電接收器 2-1連接，其輸出端與信號合成器18正端連接。2號濾波模塊由放大器17-2和可調(diào)濾波器
20- 2組成，其輸入端與光電接收器2-2連接，其輸出端與信號合成器18負(fù)端連接。靜音監(jiān) 測電路21-1的輸入端與光電接收器2-1連接，輸出端與可調(diào)濾波器20-2連接。 參照圖3和圖5，所述地址發(fā)生器可控的內(nèi)置數(shù)字存儲器4實時記錄信號處理器3 輸出的測量信號。內(nèi)置數(shù)字存儲器的電纜21-2與靜音監(jiān)測電路連接，在所述靜音監(jiān)測電路
21- 1的輸出電平M的控制下(參見圖7)，地址發(fā)生器被啟動，存儲器開始記錄數(shù)據(jù)。而在
主信號較弱(或缺失)時，地址發(fā)生器被關(guān)閉，存儲過程隨之終止。
實施例2 :測量方法 第一步參照圖l，在室外1000米、玻璃板法線兩側(cè)85°扇面范圍內(nèi)，安放激光發(fā) 射器組件l-l和l-2，用波長入p 、激光光束同時照射雙層玻璃窗的同一部位。參照圖4， 準(zhǔn)直激光光束5a照射內(nèi)層玻璃板8的傳播過程中，往返透過外層玻璃板9。內(nèi)層玻璃板8 的反射光束為5b，其功率不大于入射功率的3. 3% 。另一準(zhǔn)直激光光束6a照射外層玻璃板 9，沿光線沿6b方向傳播，其功率約為入射功率的4% 。 第二步在室外任意區(qū)域選擇能夠收到雙層玻璃窗反射光束的位置，分別架設(shè)兩 個光電接收器。其中； 光電接收器2-1接收內(nèi)層玻璃板所反射的波長A工激光束5b，產(chǎn)生一路同時反映 內(nèi)層玻璃板和外層玻璃板振動狀態(tài)的主信號；光電接收器2-2接收單獨從外層玻璃板反射 回來的波長A 2激光束6b，產(chǎn)生一路主要反映外層玻璃板振動狀態(tài)的輔助信號。
第三步參照圖1和圖3，來自1號光電接收器的主信號進(jìn)入1號濾波模塊，經(jīng)放 大器17-1和可調(diào)濾波器20-1 (其濾波參數(shù)手動設(shè)定)，送往信號合成器18的正端；來自2 號光電接收器的輔助信號進(jìn)入2號濾波模塊，經(jīng)放大器17-2和可調(diào)濾波器20-2，送往信號 合成器18的負(fù)端。在2號濾波模塊中，按公知的自適應(yīng)濾波方法根據(jù)誤差信號19不斷調(diào) 節(jié)2號濾波模塊的增益和濾波截止頻率。信號合成器18所輸出信號的特征在于，它是主信號與適度衰減并反相的輔助信號實時疊加的結(jié)果，主信號中所包含的外層玻璃的振動信號 成份被抵消(或抑制)。 第四步用耳機(jī)播放該反映內(nèi)層玻璃板振動狀態(tài)的電聲信號，完成振動狀態(tài)的定 性測量。用地址發(fā)生器可控的內(nèi)置數(shù)字存儲器記錄步驟(3)輸出的測振信號，計算信號振 幅和頻率，完成內(nèi)層玻璃板振動參數(shù)的定量檢測。在內(nèi)層玻璃停振期間，在所述靜音監(jiān)測電 路21-1的M端口控制下，內(nèi)置數(shù)字存儲器的地址發(fā)生器停止運行(存儲器停止記錄測振數(shù) 據(jù))。
測振信號的處理流程如下 信號處理器件的連接方式參照圖3和圖5，信號處理結(jié)果如圖6。內(nèi)層玻璃板的振 動狀態(tài)主要與室內(nèi)聲源7-l有關(guān)。與內(nèi)層玻璃板8振動狀態(tài)所對應(yīng)的電信號用S表示。第 一波長激光束5b的測振結(jié)果用S+r^表示，其中包含待測(有用)信號S和噪聲成份&。外 玻璃板的振動狀態(tài)主要與室外聲源7-2有關(guān)。第二波長激光束6b對外層玻璃板振動9的 測量結(jié)果用化表示。在本實施例中r^和ri2來自同一玻璃窗，具有相關(guān)性(波形近似，但幅 度不相等)。 噪聲對消的流程輔助信號n2被視為噪聲成份，它與主信號中的S成份不相關(guān)、 而與主信號中的噪聲成份ni相關(guān)。自適應(yīng)濾波器根據(jù)誤差信號ej趨于0，從而使測量結(jié)果 S'接近內(nèi)層玻璃振動信號S。本發(fā)明調(diào)節(jié)濾波器參數(shù)的基本方法之一，是用公知的遞推方 法實現(xiàn)最小均方(LMS)算法。與通用LMS方法的不同點在于，本發(fā)明在靜音監(jiān)測電路21-1 的控制下獲取初始誤差信號e。。 參照圖7，靜音監(jiān)測電路21-1實時監(jiān)測主信號的電壓變化規(guī)律，當(dāng)內(nèi)層玻璃板8停 止振動時，靜音監(jiān)測電路的M端口輸出低電平。此間隙期，誤差信號e。是主信號(內(nèi)層玻 璃板噪聲&成份)和外層玻璃板輔助信號!!2(視為噪聲成份)反相疊加的結(jié)果。在此條件 下選定的濾波器參數(shù)，能使該時間段的輸出信號噪聲最小、測量結(jié)果S'最接近內(nèi)層玻璃板 振動參數(shù)的實際值。
權(quán)利要求
一種雙層玻璃窗內(nèi)層振動參數(shù)的測量裝置，其特征在于，包括一個用雙波長激光照射雙層玻璃窗的激光發(fā)射器組件、兩個用于接收雙層窗反射激光的光電接收器、所述兩個光電接收器通過柔性電纜分別與信號處理器連接，信號處理器分別與包含地址發(fā)生器可控的內(nèi)置數(shù)字存儲器以及耳機(jī)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層玻璃窗內(nèi)層振動參數(shù)的測量裝置，其特征在于，所述激 光發(fā)射器組件由并列安放的兩個光源及分別與其連接的雙通道發(fā)射控制器組成，所述兩個 光源的結(jié)構(gòu)相同、波長不同，其每一個光源由調(diào)頻/調(diào)幅信號發(fā)生器、激光調(diào)制驅(qū)動器和激 光器三者串聯(lián)連接而成。激光器產(chǎn)生人眼不可見激光，其左側(cè)的準(zhǔn)直透鏡組使該激光轉(zhuǎn)換 成平行光束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層玻璃窗內(nèi)層振動參數(shù)的測量裝置，其特征在于，所述兩 個光電接收器的結(jié)構(gòu)基本相同，每一個光電接收器均由從左向右順次安放的集光透鏡組、 濾光片、激光振動測量裝置和紅外探測器構(gòu)成，兩個光電探測器的濾波片的透射波長不同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層玻璃窗內(nèi)層振動參數(shù)的測量裝置，其特征在于，所述信 號處理器由兩個濾波模塊、一個信號合成電路以及一個靜音監(jiān)測電路組成；其中一個濾波 模塊的輸入端與一個光電接收器連接，其輸出端與信號合成器正端連接，該輸出端同時與 靜音監(jiān)測電路輸入端連接；另 一個濾波模塊的輸入端與另 一個光電接收器連接，其輸出端 與信號合成器負(fù)端連接；該濾波模塊的輸入端還和靜音監(jiān)測電路的輸出端連接。
5. —種權(quán)利要求1的裝置用于雙層玻璃窗內(nèi)層振動參數(shù)的測量方法，其特征在于，包 括以下步驟(1) 在室外1000米、玻璃板法線兩側(cè)85。扇面范圍內(nèi)，安放激光發(fā)射器組件，同時發(fā)射 波長為A 1、 A 2的兩束人眼不可見激光，照射雙層玻璃窗同一部位；(2) 在能夠收到雙層玻璃窗反射光束的位置，分別架設(shè)兩個光電接收器，其中一號光電 接收器選擇接收內(nèi)層玻璃板所反射的第一種波長A 1激光束，產(chǎn)生一路同時反映內(nèi)層玻璃 板和外層玻璃板振動狀態(tài)的主信號；2號光電接收器選擇接收單獨從外層玻璃板反射回來 的第二種波長入2激光束，產(chǎn)生一路主要反映外層玻璃板振動狀態(tài)的輔助信號；(3) 主信號送到一號濾波模塊，先按手動設(shè)定的參數(shù)放大和濾波，然后送往信號合成器 正端；輔助信號送到二號濾波模塊，先按公知的自適應(yīng)濾波方法放大和濾波，然后送往信號 合成器負(fù)端。信號合成器所輸出信號的特征在于，它是主信號與適度衰減并反相的輔助信 號實時疊加的結(jié)果，主信號中所包含的外層玻璃的振動信號成份被抵消或抑制；(4) 用耳機(jī)播放信號合成器輸出的電聲信號，完成振動狀態(tài)的定性測量；用地址發(fā)生 器可控的內(nèi)置數(shù)字存儲器記錄該信號，為定量計算信號振幅和頻率提供數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙層玻璃窗內(nèi)層振動參數(shù)的測量裝置和測量方法。包括一個用雙波長激光照射雙層玻璃窗的激光發(fā)射器組件、兩個用于接收雙層窗反射激光的光電接收器、所述兩個光電接收器通過柔性電纜分別與信號處理器連接，信號處理器分別與包含地址發(fā)生器可控的內(nèi)置數(shù)字存儲器以及耳機(jī)連接。通過信號處理器使反相、并被適度衰減的輔助信號與主信號相加，抵消主信號中所包含的外層玻璃的振動信號成份。本發(fā)明可在10-1000米遠(yuǎn)程實施測量，當(dāng)內(nèi)層、外層玻璃振動狀態(tài)不同時，能減弱外層的隔聲作用、探測到內(nèi)層玻璃板的振動參數(shù)；能有效地抑制室外強(qiáng)聲源的干擾，選擇性地測量室內(nèi)弱聲源的振動參數(shù)。
文檔編號G01H9/00GK101762317SQ20091031284
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者譚吉春 申請人:譚吉春