颗粒碰撞噪声检测传感器灵敏度频率响应测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种颗粒碰撞噪声检测传感器灵敏度频率响应测量方法及系统，所述系统包括信号采集与处理系统、函数信号波形发生器、数字存储示波器、待测PIND传感器、接触式超声波探头，其中：所述信号采集与处理系统用于对函数信号波形发生器和数字存储示波器进行串口通讯检测和初始参数自动设置；所述数字存储示波器的通道1与待测PIND传感器连接；所述函数信号波形发生器的通道1作为输出接口与接触式超声波探头连接；所述函数信号波形发生器的触发接口与数字存储示波器的通道2进行通信，并以数字存储示波器的通道2作为触发通道。该系统实现了对PIND传感器在空气中进行灵敏度测量，测量时间短，不会给传感器带来其他风险。不会给传感器带来其他风险。不会给传感器带来其他风险。

【技术实现步骤摘要】
颗粒碰撞噪声检测传感器灵敏度频率响应测量方法及系统


[0001]本专利技术属于航天航空装备仪器检测领域，涉及一种颗粒碰撞噪声检测(Particle ImpactNoise Detection,PIND)装置传感器灵敏度频率响应测量方法及系统。

技术介绍

[0002]质量是航天航空事业的生命。航天航空装备领域中对于电子与电器设备的可靠性要求非常高，需要多轮测试与检测才能投入使用。多余物检测作为该领域中的常规测试与检查中的必要环节，对于电子与电器设备的可靠性至关重要。在超重、失重以及剧烈振动等工作状态下，多余物的危害可能会成倍放大，据航天事故案例相关统计，多余物一项约占总故障总个数的6％。
[0003]多余物是指电子与电器在生产、封装、运输等环节中可能产生一种不属于本身的物质。多余物的本体一般比较微小，主要有金属碎屑、芯片硅渣、玻璃碎屑、陶瓷碎屑、残留焊渣、引线尾丝、松香、导线皮等。具有导电性质的多余物颗粒可能在电子与电器中构成电路短路或者误动作，具有绝缘性质的多余物颗粒则可能造成部分开关或者连接件出现断路或者拒动作等问题。因此，出厂前或者装配前有效地检测出多余物就非常重要。目前我国通常采取一种在我国航天航空领域被广泛使用的多余物无损检测方法，即通过颗粒碰撞噪声检测法(PIND)进行多余物检测。PIND法主要是通过外界振动台的主动冲击和振动，激活被测物体内部的多余物颗粒，使之与被测物内部发生碰撞，并通过PIND传感器对被测物体的内部的声学信号进行采集。显然，PIND传感器的灵敏度至关重要。
[0004]目前，我国对于PIND传感器灵敏度并无有效的定量计量标准作为指导，只能是按照《JJF1220
‑
2009颗粒碰撞噪声检测系统校准规范》、《GJB 65C
‑
2021有失效率等级的电磁继电器通用规范》、《GJB 128B
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2021半导体分立器件试验方法以及》以及《GJB 548C
‑
2021微电子器件试验方法和程序》等标准中使用STU换能器(Sensitivity Test Unit，STU)方法进行PIND传感器灵敏度定性测试，即通过一个脉冲激励传感器电路产生一个声压脉冲传导到PIND传感器上，并以观察数字存储示波器上是否有低电平信号脉冲和检测阈值指示灯是否闪亮作为指示标志。显然，这只是一个功能性测试，并不是准确计量。
[0005]CN115523999B公开了一种颗粒碰撞噪声检测换能器灵敏度测量方法及系统，该方法测量过程较为复杂，实际应用过程中需要提前将各个测量用装置包括待测PIND传感器置于水中(30分钟以上)，且需要提前对待测PIND传感器进行防水处理，如果处理不好，可能造成传感器进水，对待测PIND传感器来说，这是一种安全隐患。此外，该测量整体耗费时间较长，测量便捷程度与整体时效性较低，难以将测量设备带到现场测量。实际上，我们对PIND用户长期走访调研过程中发现，大部分用户更希望计量单位或者生产厂家能够提供在用户的生产车间进行现场计量PIND传感器的服务，而不是将PIND传感器发快递去送检。甚至有些军工生产单位，更希望最好能在不拆卸与不挪动的原则下对PIND传感器进行计量，保证待测PIND传感器稳定性和安全性，最大的可能减少非使用因素对这种敏感性和精密性均较高的传感器的影响。
[0006]综上，如何实现对PIND传感器快捷化、精准化、安全化的灵敏度定量计量至关重要，这也是当前航天航空
PIND检测中一个难点问题。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术在多次反复实验与验证的基础上，提供了一种颗粒碰撞噪声检测传感器灵敏度频率响应测量方法及系统。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种颗粒碰撞噪声检测传感器灵敏度频率响应测量方法，包括如下步骤：
[0010]步骤(1)通过信号采集与处理系统对函数信号波形发生器和数字存储示波器进行串口通讯检测，判断函数信号波形发生器和数字存储示波器与信号采集与处理系统是否连接；信号采集与处理系统通过数据通信1线和数据通信2线分别对函数信号波形发生器和数字存储示波器初始参数进行设置；
[0011]步骤(2)完成串口通讯检测和初始参数自动设置后，将数字存储示波器的通道1与待测PIND传感器连接，将函数信号波形发生器的通道1作为输出接口与接触式超声波探头连接，通过函数信号波形发生器的触发接口与数字存储示波器的通道2进行通信，并以数字存储示波器的通道2作为触发通道；函数信号波形发生器的触发接口会在数字存储示波器的通道2上产生一个以上升沿为起点的矩形波，作为数字存储示波器的起始测量点；
[0012]步骤(3)函数信号波形发生器将设定好的电压脉冲通过输出接口传输到接触式超声波探头上，以激励接触式超声波探头在不同频率的电压脉冲下产生声压式机械振动或位移；待测PIND传感器与接触式超声波探头贴合，接触式超声波探头的声压施加在待测PIND传感器上，接触式超声波探头的声压信号会在待测PIND传感器上因压电效应产生电压值；
[0013]步骤(4)将待测PIND传感器的电压值通过数字存储示波器的通道1输出到数字存储示波器上，此时电压信号作为测量值，通过数字存储示波器的测量光标进行电压波形的峰值测量；
[0014]步骤(5)以函数信号波形发生器输出的频率作为横坐标，将接触式超声波探头在某固定峰值的正弦波脉冲电压的激励下的不同频率对应的声压值和待测PIND传感器在不同频率下对应的电压值对应关系一一记录；
[0015]步骤(6)已知函数信号波形发生器的脉冲信号源对接触式超声波探头施加不同频率f
m
的固定值激励电压U0，接触式超声波探头发出压力为P(f
m
)的声信号，记录此时待测PIND传感器的幅值响应U(f
m
)，则待测PIND传感器频率为f
m
时的灵敏度为：
[0016][0017]式中：S(f
m
)为待测PIND传感器在频率为f
m
时的灵敏度；U(f
m
)为待测PIND传感器在频率为f
m
时的幅值响应；P(f
m
)为标准声源在频率为f
m
时的声压值；
[0018]用能级换算公式进行换算：
[0019]20log(S(f
m
))＝20log(U(f
m
))
‑
20log(P(f
m
))
[0020]M
e
＝20log(S(f
m
))
[0021]为了能够对比不同的参考能级下传感器灵敏度特性，采用能级比值法进行初始能级值的二次换算，以求得目标灵敏度能级值M
x
：
[0022][0023]其中，M
ref
是参考灵敏度能级，M
x
是带测量的灵敏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颗粒碰撞噪声检测传感器灵敏度频率响应测量方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤(1)通过信号采集与处理系统对函数信号波形发生器和数字存储示波器进行串口通讯检测，判断函数信号波形发生器和数字存储示波器与信号采集与处理系统是否连接；信号采集与处理系统通过数据通信1线和数据通信2线分别对函数信号波形发生器和数字存储示波器初始参数进行设置；步骤(2)完成串口通讯检测和初始参数自动设置后，将数字存储示波器的通道1与待测PIND传感器连接，将函数信号波形发生器的通道1作为输出接口与接触式超声波探头连接，通过函数信号波形发生器的触发接口与数字存储示波器的通道2进行通信，并以数字存储示波器的通道2作为触发通道；函数信号波形发生器的触发接口会在数字存储示波器的通道2上产生一个以上升沿为起点的矩形波，作为数字存储示波器的起始测量点；步骤(3)函数信号波形发生器将设定好的电压脉冲通过输出接口传输到接触式超声波探头上，以激励接触式超声波探头在不同频率的电压脉冲下产生声压式机械振动或位移；待测PIND传感器与接触式超声波探头贴合，接触式超声波探头的声压施加在待测PIND传感器上，接触式超声波探头的声压信号会在待测PIND传感器上因压电效应产生电压值；步骤(4)将待测PIND传感器的电压值通过数字存储示波器的通道1输出到数字存储示波器上，此时电压信号作为测量值，通过数字存储示波器的测量光标进行电压波形的峰值测量；步骤(5)以函数信号波形发生器输出的频率作为横坐标，将接触式超声波探头在某固定峰值的正弦波脉冲电压的激励下的不同频率对应的声压值和待测PIND传感器在不同频率下对应的电压值对应关系一一记录；步骤(6)已知函数信号波形发生器的脉冲信号源对接触式超声波探头施加不同频率f
m
的固定值激励电压U0，接触式超声波探头发出压力为P(f
m
)的声信号，记录此时待测PIND传感器的幅值响应U(f
m
)，得到待测PIND传感器频率为f
m
时的灵敏度S(f
m
)；用能级换算公式进行换算，得出初始能级值M
e
；为了能够对比不同的参考能级下传感器灵敏度特性，采用能级比值法进行初始能级值的二次换算，以求得目标灵敏度能级值M
x
；步骤(7)通过步骤(6)可以求出待测PIND传感器在不同频率下的灵敏度能级值，按照频率为横坐标，灵敏度能级值作为纵坐标，连接坐标点序列形成灵敏度能级随频率变化的频率响应测量曲线，由此得到待测PIND传感器在不同频率下的灵敏度值，该频率响应测量曲线中的峰值即为待测PIND传感器的最佳灵敏度。2.根据权利要求1所述的颗粒碰撞噪声检测传感器灵敏度频率响应测量方法，其特征在于所述接触式超声波探头谐振频率取0.5MHz及以上。3.根据权利要求1所述的颗粒碰撞噪声检测传感器灵敏度频率响应测量方法，其特征在于所述S(f
m
)的计算公式如下：式中：S(f
m
)为待测PIND传感器在频率为f
m
时的灵敏度；U(f
m
)为待测PIND传感器在频率
为f
m
时的幅值响应；P(f
m
)为标准声源在频率为f
m
时的声压值。4.根据权利要求1所述的颗粒碰撞噪声检测传感器灵敏度频率响应测量方法，其特征在于所述初始能级值M
e
的计算公式如下；20log(S(f
m
))＝20log(U(f

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏飞，翟国富，韩笑，王辰辰，王强，冯玮，刘祁龙，黄姝婷，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：