模切件声阻测试设备及声阻测试系统

技术领域

本发明属于声学阻抗测试技术领域，涉及一种测试设备，尤其涉及一种模切件声阻测试设备及声阻测试系统。

背景技术

声学阻抗是表征气体压力与气体周围质点速度相对关系的物理量，反映了声波在材料中的传输能力。传统声学阻抗测量方法多种多样，大体上主要有参考声阻法与基于声学波导管的传输线方法。然而无论是两种测试方法中的哪一种，绝大部分是针对体块材料而开发的方法，对于厚度较小的布网或薄膜材料适用性非常差。

流阻是指在稳定气流状态下，加在吸声材料样品两边的压力差与通过样品的气流线速度的比值。单位是Pa·s/m。而在标准ISO 9053中，流阻是指在稳定的气流状态下，吸声材料中两侧的压差与通过材料的气流体积速度之比；试块两侧的压差与通过测量件的气流线速度之比为比流阻。对于各向同性材料，材料单位厚度的比流阻定义为材料的流阻率。

流阻率反映了声阻材料内部结构特性，而结构特征决定了材料的声学性能。因此，在声学材料的基础研究和吸声产品的开发中，流阻率的测量非常重要。作为多孔材料的基本性能参数，调节流阻率可以改变材料的声阻抗和吸声特性，因而流阻率对材料的特性尤为重要。

随着测试技术的发展，根据不同的流阻性能测试的需要，涌现出不同的流阻测试方法。主要应用为直流测试法。直流法测试原理是控制单向气流通过圆柱形管或者矩形管内的试样，并测量试样两表面的压差。直流法的气源可以采用储水减压系统或空气泵作为空气源，在不污染空气的前提下，也可以采用气体增压系统。无论采用哪一种实现方式，必须能够精确地控制气体流速，并且保证测试管中气流的稳定性。气体源应该保证气体的流速足够低，以保证流阻不受流速的影响。通常材料的流阻，在一定的范围内，随着流速增加而增加。

声学布网，一般包括模切声学布网材料及其支撑件和背胶。其具有防尘防水，调节声学阻尼，改善声学重放的功能。广泛应用于手机，耳机，话筒，智能手表，智能音响等器件中。在前期产品研发阶段经常需要评估声学布网的声学特性参数(主要有声学阻和声学抗)，以此来评估声学布网对产品声学性能的影响。在产品生产阶段需要对声学布网来料进行声学特性检查，以保证物料的可靠性和稳定性。通常在研发评估以及质量控制端主要关注声学布网的静流阻。

声学布网静流阻主要和布网材料，布网编织参数，布网复合结构，以及布网背衬有关。在一定范围内，布网静流阻为定制。随流速增大，布网静流阻也相应增大。此过程比较复杂，为多变量控制的非线性过程。

由于通常声学布网测试件面积较小，并且一般和背衬结构耦合在一起，使得其测试评估也变得尤为复杂。

由于声学布网的尺寸限制以及传统工业标准的定义问题，一直以来并没有针对模切件的声学阻抗测试设备。传统的声学布网测试主要是大片材料的透气度测试。依照现有透气度测量标准，主要针对纺织材料，缺乏声学材料的针对性，因而适用性比较差。另一方面，仅有的少许设备主要依靠参考声阻发进行测试，存在操作繁琐，精度差，重复性差等问题。随着工业制造的日臻完善，客户对布网性能需求的日臻提高，对于声学布网模切件的测试需求与日俱增。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的声学布网测试方式，以便克服现有测试方式存在的上述缺陷。

发明内容

本发明提供一种模切件声阻测试设备及声阻测试系统，可有效获取模切件声学测试所需的数据，为评估声学元件的声学特性提供基础。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种模切件声阻测试设备，所述模切件声阻测试设备包括：气流通路、流速传感器、第一压力传感器、第二压力传感器及控制电路；

所述气流通路设有测试品放置区域，测试品放置区域的两侧分别设有所述第一压力传感器、第二压力传感器，所述流速传感器设置于所述气流通路中；

所述控制电路分别连接流速传感器、第一压力传感器及第二压力传感器；所述流速传感器的输出端连接控制电路的输入端，第一压力传感器的输出端连接控制电路的输入端，第二压力传感器的输出端连接控制电路的输入端；

所述气流通路包括一壳体，壳体设有气流入口、气流出口；所述声阻测试设备设有气流调节机构，能调节气流通路内的气流速度。

所述声阻测试设备包括测试品夹具，能夹持测试品；所述测试品夹具能固定在所述测试品放置区域；

所述测试品夹具包括开有通孔的测试品载片，测试品为模切件；所述测试品夹具将模切件固定设置，所述模切件贴附于所述通孔，使得所述气流通路内测试品夹具两侧的气流只能透过位于所述通孔的模切件从测试品夹具的一侧流至另一侧。

作为本发明的一种实施方式，所述气流通路包括第一气流通路及第二气流通路，所述测试品夹具设置于所述第一气流通路及第二气流通路之间；

所述测试品夹具包括第一匹配导管、测试品载片及第二匹配导管；所述第一匹配导管连接所述第一气流通路，所述第二匹配导管连接所述第二气流通路。

作为本发明的一种实施方式，所述壳体连接有气流输送管路，所述气流输送管路设有所述气流调节机构，所述气流调节机构包括空气泵，所述空气泵的输入端连接控制电路的输出端，所述控制电路能向所述空气泵输送用以控制所述空气泵工作的控制信号。

作为本发明的一种实施方式，所述气流调节机构包括阀门及阀门调节机构，所述阀门调节机构连接所述阀门，能调节所述阀门的开口大小。

作为本发明的一种实施方式，所述声阻测试设备包括通讯电路、上位机，所述控制电路通过通讯电路与上位机通讯。

作为本发明的一种实施方式，所述声阻测试设备包括存储模块，用以存储测试数据。

作为本发明的一种实施方式，所述测试品夹具的大小及形状对应于所述气流通路内的大小及形状。

一种模切件声阻测试系统，包括服务器及至少一上述的声阻测试设备；所述服务器分别连接各声阻测试设备。

作为本发明的一种实施方式，所述声阻测试系统还包括至少一查看终端，所述服务器分别连接各查看终端。

本发明的有益效果在于：本发明提出的模切件声阻测试设备及声阻测试系统，可获取模切件声学测试所需的数据，为评估声学元件的声学特性提供基础。

本发明可以有效的评估声学模切件的声学特性，并类似的推广到其他类似产品。本发明为快速的成品检测设备，实际可操作性好；特别的针对来料品质监控具有重要意义。此外，本发明为直接测量设备，即针对最终成品的直接测量；同时也是针对声学量的直接测量，不依赖参考样品。

在本发明的测试中通过测试声学布网的静流阻，反映了声学布网的阻抗特性。也就是说我们的测试结果直接表征了当频率趋近于零的时候，材料或结构的声学阻抗。因此建立了声学阻抗特征参量与材料的一一对应关系。由于薄材料的声学阻抗随频率增加而增加，因而通过成品或半成品的流阻测试也可以近似评估该材料在全频段的声学性能(声学阻尼，声学传输损耗，声学相位变化)。

现有市面上对于布网材料的声学阻抗测试主要是参考声阻法和波导管法。参考阻抗方法有两点主要劣势，第一，针对不同范围的声阻必须选取和待测阻值接近的参考声阻，否则精度很差；第二，针对特殊形状的模切件无法得到一个可靠的测试结果。特别是当开口截面积相差较大的时候。另一方面由于激发源一般采用扬声器，受限于扬声器本身的辐射特性，也增加了测试的不稳定。波导管法主要劣势是对于样品形状尺寸有严格要求，必须保证和波导管内壁完全贴合。同时，考虑到待测样品厚度极小，管内多次反射声会极大的影响测试精度。

本发明采用稳态气体源作为激发源，有效的避免了激发源波动的问题；我们采用直接测量的方法直接读取流经样品的气流线速度和样品界面间压力差，通过传感器动态范围与后端信号处理的优化，使得测试更加便捷，无需更换参考声阻。

本发明可以针对任意形状的结构或者结构和模切件复合体。考虑到声学长波近似与粘滞声学的相关理论。通过已知夹具的几何尺寸与待测样品的几何尺寸，可以近似估算出夹具自身阻抗值，从而在最终PC端后处理将夹治具的自身阻抗修正。

附图说明

图1为本发明一实施例中模切件声阻测试设备的组成示意图。

图2为本发明一实施例中模切件声阻测试设备的结构示意图。

图3为本发明一实施例中模切件声阻测试设备的原理示意图。

图4为本发明一实施例中模切件声阻测试设备的结构示意图(俯视图)。

图5为本发明一实施例中模切件声阻测试设备的结构示意图(主视图)。

图6为本发明一实施例中模切件声阻测试设备的结构示意图。

图7为本发明一实施例中模切件声阻测试设备的结构示意图。

图8为本发明一实施例中测试品夹具的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

本发明揭示了一种模切件声阻测试设备，图1为本发明一实施例中声阻测试设备的组成示意图，图2为本发明一实施例中声阻测试设备的结构示意图；请参阅图1、图2，所述声阻测试设备包括：气流通路1、流速传感器3、第一压力传感器4、第二压力传感器5及控制电路2。所述气流通路1设有测试品放置区域11，测试品放置区域11的两侧分别设有所述第一压力传感器4、第二压力传感器5，所述流速传感器3设置于所述气流通路1中。

所述控制电路2分别连接流速传感器3、第一压力传感器4及第二压力传感器5；所述流速传感器3的输出端连接控制电路2的输入端，第一压力传感器4的输出端连接控制电路2的输入端，第二压力传感器5的输出端连接控制电路2的输入端。

图3为本发明一实施例中声阻测试设备的原理示意图；请参阅图3，在本发明的一实施例中，第一压力传感器4能感应测试品放置区域11上侧的压力数据，第二压力传感器5能感应测试品放置区域11下侧的压力数据。

外接高压气体从气体流入接口接入，在降低流速后，导入待测样品表面。通过mems流速传感器进行精确的流速测量；通过一对压力传感器进行待测样品两个界面间的压力差测试。测得数据通过采集卡与上位机进行通讯并做后期数据处理。定义：R＝(P1-P2)/v，其中P1为高压端静压力(第一压力传感器4感应的数据)，P2为低压端静压力(第二压力传感器5感应的数据)，v为稳态的气流线速度。

考虑到实际气体源的质量及流速变化，必须在气路中进行过滤，整流以及稳定流速的操作。类似的也需要对设备输入直流电源偏置进行类似的操作，以保证传感器增益稳定性。由于采集卡自身存在静态偏置电流，因而使用前必须进行校准。针对mems流量传感器以及压力传感器采集的数据进行后处理并输出，即得到最终待测样件声阻数据。

图4、图5为本发明一实施例中声阻测试设备的结构示意图；请参阅图4、图5，在本发明的一实施例中，所述气流通路1包括一壳体12，壳体设有气流入口13、气流出口14；所述声阻测试设备设有气流调节机构15，能调节气流通路1内的气流速度。在一实施例中，气流调节机构15用于调节气流入口13的气流流入。此外，气流通路1还可以设置电源开关17、USB通讯接口18、流速调节按钮10(用来调节进入气流通路1内气流的流速)、压差传感器接口19(用于接收第一压力传感器4及第二压力传感器5压力差数据)等。

图6为本发明一实施例中声阻测试设备的结构示意图；请参阅图6，在本发明的一实施例中，所述壳体12连接有气流输送管路16，所述气流输送管路16设有所述气流调节机构15，所述气流调节机构15包括空气泵151，所述空气泵151的输入端连接控制电路2的输出端，所述控制电路2能向所述空气泵151输送用以控制所述空气泵151工作的控制信号。

图7为本发明一实施例中声阻测试设备的结构示意图；请参阅图7，在本发明的另一实施例中，所述气流调节机构15包括阀门152及阀门调节机构153，所述阀门调节机构153连接所述阀门152，能调节所述阀门152的开口大小。在一实施例中，所述阀门152可以为电磁阀，所述阀门调节机构153可以包括电磁阀控制电路或/和控制按钮。当然，所述阀门也可以是手动阀门，阀门调节机构153可以是手动调节装置，能控制阀门152的开度。

为了使声阻测试设备能显示测试结果，在一实施例中，所述声阻测试设备包括通讯电路6、上位机7，所述控制电路2通过通讯电路6与上位机7通讯。此外，在一实施例中，所述声阻测试设备包括存储模块8，用以存储测试数据。

为了固定测试品，所述声阻测试设备包括测试品夹具8，能夹持测试品9；所述测试品夹具8能固定在所述测试品放置区域11。

在一实施例中，所述测试品夹具8包括开有通孔82的测试品载片81，测试品9为模切件；所述测试品夹具8将模切件固定设置，所述模切件贴附于所述通孔82，使得所述气流通路1内测试品夹具8两侧的气流只能透过位于所述通孔82的模切件从测试品夹具8的一侧流至另一侧。

图8为本发明一实施例中测试品夹具的结构示意图；请参阅图8，结合图2，在本发明的一实施例中，所述气流通路1包括第一气流通路101及第二气流通路102，所述测试品夹具8设置于所述第一气流通路101及第二气流通路102之间；所述测试品夹具8包括第一匹配导管81、测试品载片83及第二匹配导管84；所述第一匹配导管83连接所述第一气流通路101，所述第二匹配导管连接所述第二气流通路102。

为了避免测试品夹具的其他区域漏气，所述测试品夹具的大小及形状对应于所述气流通路内的大小及形状。在一实施例中，所述测试品夹具与所述气流通路1的接触处设有密封圈。

在本发明的一实施例中，布网模切件或待测结构通过夹具固定在测试腔体内。由于固定夹具本身存在一定厚度，因而会在最终测试结果中引入测试误差。

特别的对于声学布网模切件的测量，考虑到待测样品面积较小，因而测试夹具自身流阻不可忽略。模切件测试夹具为一个中间开孔薄片。开孔大小仿照实际布网张贴结构尺寸。也可专门涉及形状用于前期评估。测试夹具建议采用不锈钢，铝片，硬塑料等薄片做成。在待测模切件整体开孔较大的情况下，考虑到待测样品和测试夹具间的流阻串联关系，其总流阻在近似情况下满足相加关系。在实验中需要首先进行测试夹具本身流阻测试，之后将待测布网固定于其表面进行测试；最终测试结果要扣除布网测试夹具本身声阻值。

本发明还揭示一种模切件声阻测试系统，包括服务器及至少一上述的模切件声阻测试设备；所述服务器分别连接各模切件声阻测试设备。

在一实施例中，所述模切件声阻测试系统还包括至少一查看终端，所述服务器分别连接各查看终端。

在本发明的一实施例中，在测试系统中，需要针对气体流速和待测样品两端压力值进行采集。由于测试动态范围大，同时由于气源非理想稳定气源，因而参数离散性较大。这样为了得到可靠的测试结果，必须针对采集信号进行滤波。为此，针对硬件滤波尺寸大，参数离散性大，对较低频率滤波时可靠性和稳定性比较差的特点，采用了一种FIR网络结构和逐层最优化学习算法相结合的神经网络方法，根据FIR网络自身的特点对算法进行一定修改，以获得最优的系统零极点配置。其系统差分方程为：

综上所述，本发明提出的声阻测试设备及声阻测试系统，可获取模切件声学测试所需的数据，为评估声学元件的声学特性提供基础。本发明可以有效的评估声学模切件的声学特性，并类似的推广到其他类似产品。本发明为快速的成品检测设备，实际可操作性好；特别的针对来料品质监控具有重要意义。此外，本发明为直接测量设备，即针对最终成品的直接测量；同时也是针对声学量的直接测量，不依赖参考样品。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。