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随着声强测量技术在理论和实践上的进一步发展和成熟,使得开发研制具有良好性能和价格低廉的声强探头尤为必要,且对于声强测量方法的推广有着很重要的意义。声强是矢量,有时需要测量平面二维或空间三维方向的矢量声强,如果用一维声强探头,就需要在同一个点上按两个或三个方向分别测量,耗时较长,有时还没有测完三次,工况却变化了。因此,开发研制出一套可一次性测量二维或三维方向矢量声强的测量系统是很有必要的。国内外一维声强探头技术已经较为成熟,三维声强探头方面也研制出了较为先进的产品。对于二维矢量声强探头,国内外研究的较少,还没有成型的二维声强测量系统。
本文对国内外现有声强测量设备进行了较为深入的调研,在分析了原有一维声强探头和三维声强探头的基础上,详细介绍了一维声强探头支架的机械结构,并对声强探头的传声器安装底座进行了设计。基于双传声器互谱声强法原理,提出一种由三个传声器构成的二维矢量声强探头结构,利用平行四边形曲柄机构的位置保持原理,设计出了一种测量频率范围可调的二维矢量声强探头的机械结构。通过建立二维矢量声强探头的数学模型,讨论了二维矢量声强的测量原理,推导出了二维矢量声强的计算公式。分别在平面波声场、单极子声场和偶极子声场条件下,对声强探头的误差特性进行了分析,通过仿真模拟实验,验证了此声强探头测量的有效性。在此基础上,提出了一种基于平面二维矢量声强测量的有限差分误差修正方法。