本发明涉及环境监测声学设备领域，特别涉及一种自校准户外电容传声器。
背景技术：
户外传声器是一种常用于环境噪声监测的声学设备，通常由工作标准电容传声器和经过设计的户外专用套件组成。由于室外环境复杂多变，且电容传声器属于精密仪器设备，当户外传声器应用于长时间、全天候的监测任务中时，除了需要具备防水、防风、防尘等功能，还要能对传声器进行日常检验，检测传声器是否因长时间工作或环境变化等因素产生灵敏度波动，便于用户及时修正校正系数，避免噪声监测结果产生偏差。
电容传感器校准通常分为声信号校准和静电激励校准两种方式，声信号校准需要在传声器上放置一个标准声校准器，校准器发出标准单频声信号作为校正基准，由于标准声校准器仅适用于实验室标准传声器，如户外传声器用声校准法作为日常检测，需要频繁地拆装。因此，为便于环境噪声的长期监测，户外传声器的日常检验主要使用静电激励校准法，其原理是通过静电激励装置，将已知频率、幅度的电信号直接传输到传声器膜片上，激发传声器响应，再对比原始电信号和传声器响应，如传声器响应偏差超过设定值，则提示用户应当使用声信号校准器调整户外传声器系统的校正系数。综上所述，适用于环境噪声长期监测的户外传声器不仅要具备静电激励日常检测校准功能，还要能方便、快捷地使用标准声校准器进行声校准。
基于以上要求，已有的具有静电激励校准功能的户外传声器产品存在以下缺陷：
(1)带静电激励校准的户外传声器通常是在电容传声器上加装一个静电激励器转接装置，且传声器膜片要去除保护罩暴露在静电激励装置下。因此。需要进行声校准时，首先要拆除户外防护套件和转接装置，安装传声器保护罩，才能装入标准声校准器。操作繁琐，且容易引入人工安装误差或因操作不当损坏传声器精密部件。
(2)有些改进后的含静电激励校准功能的户外传声器，是将静电激励装置和电容传声器进行一体化设计，进行声信号校准时无需拆下静电装置即可直接装入标准声校准器。但这些产品的静电激励套件结构复杂，增加了户外传声器的体积，为了适配声校准器的规格，即加上套件后的户外传声器通常要与1/2英寸电容传声器等大，套件中所安装的电容传声器只能缩小尺寸或进行特殊设计，这样不仅牺牲了户外传声器的声学性能，也不利于大批量地生产制造。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种自校准户外电容传声器，集成了可拆卸的静电激励校准功能，不仅能完成静电激励校准，还能方便、快捷地使用标准声校准器进行声校准。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种自校准户外电容传声器，包括外保护罩、可拆卸地安装在所述外保护罩内的传声器单元以及固定安装在所述外保护罩内的静电激励单元，所述传声器单元包括电容传声器，所述电容传声器包括传声器膜片，所述传声器膜片上盖设有金属保护罩，所述静电激励单元的一端与所述金属保护罩相抵接。
作为优选，所述静电激励单元包括静电激励器和导电顶针，所述导电顶针一端通过弹簧与所述静电激励器相连接，另一端与所述金属保护罩相抵接。
作为优选，所述金属保护罩包括与所述电容传声器螺纹连接的保护罩外壳、盖设在所述保护罩外壳上的金属端盖以及设置在所述保护罩外壳和金属端盖之间的绝缘垫。
作为优选，所述金属端盖上开设有多个通孔，所述导电顶针的另一端抵接在金属端盖中心的通孔上。
作为优选，所述静电激励单元还包括与所述静电激励器电连接的第一控制电路，所述第一控制电路控制所述传声器单元自校准的信号频率、信号幅度以及校准次数。
作为优选，所述自校准户外电容传声器还包括与所述外保护罩一端螺纹连接的手柄，所述第一控制电路设置于所述手柄内。
作为优选，所述传声器单元还包括与所述电容传声器相连的前置放大器，所述前置放大器上安装有温湿度监控单元。
作为优选，所述温湿度监控单元包括安装在所述前置放大器上的温湿度传感器和包裹在所述前置放大器外的电加热膜。
作为优选，所述温湿度监控单元还包括与所述温湿度传感器和电加热膜电连接的第二控制电路，所述第二控制电路采集所述温湿度传感器的监测数据并控制所述电加热膜的启动停止。
作为优选，所述自校准户外电容传声器还包括与所述外保护罩一端螺纹连接的手柄，所述第二控制电路设置于所述手柄内。
作为优选，所述手柄内设置有传声器插座，所述传声器单元固定安装在所述传声器插座内。
作为优选，所述手柄尾部端面设置有转接孔。
作为优选，所述自校准户外电容传声器还包括完全套设在所述外保护罩外的风球，所述风球的外表面开设有一圈定位凹槽，所述定位凹槽与所述传声器膜片对应设置。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)将静电激励单元集成到与传声器单元可拆卸连接的外保护罩内，并在电容传声器的传声器膜片上盖设金属保护罩，将静电激励单元的一端抵接在金属保护罩上，使自校准户外电容传声器可在不拆卸静电激励单元的情况完成静电激励校准，还能快捷地拆卸静电激励单元，方便使用标准声校准器进行声校准。
(2)金属保护罩始终盖设在传声器膜片上，同时具备静电激励校准导电板和传声器膜片保护罩的功能，因此所使用的电容传声器选用普通实验室标准1/2英寸传声器即可，简化了生产流程，也能在长时间户外噪声监测工作中快速、便捷地对户外传声器进行维护。
(3)配备了温湿度监控单元，能自动检测低温、高湿环境并开启加热功能，防止校准系统在高湿环境下失效。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：
图1是本发明一种自校准户外电容传声器的结构示意图；
图2是本发明中传声器单元和静电激励单元的结构示意图；
图3是本发明中金属保护罩的结构示意图；
图4是本发明中外保护罩的结构示意图；
图5是本发明中温湿度监控单元的结构示意图；
图6是本发明中手柄的结构示意图；
图7是本发明中防鸟架和风球的结构示意图；
图中所示：
1、外保护罩；11、镂空栅格；111、透声窗口；112、斜台；2、手柄；21、转接孔；3、防鸟架；31、防松倒刺；32、限位台阶；4、风球；41、定位凹槽；5、传声器单元；51、电容传声器；511、传声器膜片；52、前置放大器；6、静电激励单元；61、静电激励器；62、导电顶针；63、第一控制电路；64、静电信号传输线；7、金属保护罩；71、保护罩外壳；72、金属端盖；721、通孔；73、绝缘垫；8、温湿度监控单元；81、温湿度传感器；82、电加热膜；83、第二控制电路。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1和图2所示，对应于本发明的一种较佳实施例的自校准户外电容传声器，包括外保护罩1、螺纹连接在外保护罩1一端的手柄2、螺纹连接在外保护罩1另一端的防鸟架3以及完全套设在外保护罩1外的风球4。外保护罩1内可拆卸地安装有传声器单元5以及固定安装有静电激励单元6，传声器单元5包括电容传声器51，电容传声器51包括传声器膜片511，传声器膜片511上盖设有金属保护罩7，静电激励单元6的一端与金属保护罩7相抵接。
如图2和图6所示，静电激励单元6包括静电激励器61、导电顶针62以及第一控制电路63。在本实施例中，静电激励器61固定安装在外保护罩1的上端，导电顶针62一端通过弹簧与静电激励器61的输出端相连接，另一端与金属保护罩7相抵接。正常安装情况下，弹簧处于压缩状态，弹簧反作用力可向金属保护罩7方向压紧导电顶针62，防止顶针松脱。第一控制电路63与静电激励器61电连接以控制传声器单元5自校准的信号频率、信号幅度以及校准次数。优选的，外保护罩1上端一侧开孔用于穿入连接在第一控制电路63和静电激励器61之间的静电信号传输线64，第一控制电路63设置于手柄2内。
如图2和图4所示，外保护罩1为上窄下宽的锥形结构，其中端的侧壁上开设有多个间隔设置的镂空栅格11，静电信号传输线64在安装时，紧贴其中一个镂空栅格11的表面放置，最大程度减小传输线对声场的影响。所镂空栅格11包括透声窗口111和位于透声窗口111下方的斜台112，透声窗口111优选为柱形机构，斜台112优选表内光滑，相对于水平面的倾斜角约为75°。斜台112的内表面与电容传声器51的外壁紧密配合，使电容传声器51不会在外保护罩1内晃动，传声器膜片511安装在透声窗口111处，便于拾取声音。
如图3所示，金属保护罩7包括与电容传声器51螺纹连接的保护罩外壳71、盖设在保护罩外壳71上的金属端盖72以及设置在保护罩外壳71和金属端盖72之间的绝缘垫73。金属端盖72由导电金属材料制成，表面上开设有多个具有透声和减小声阻作用的通孔721。导电顶针62的另一端抵接在金属端盖72中心的通孔721上，优选的，导电顶针62的另一端为半球形，且直径略大于通孔，使两者抵接时不易脱落。金属端盖72在静电激励校准中可作为激发传声器膜片511振动的导电板，而在声音信号校准和日常监测中起到保护传声器膜片511的作用。绝缘垫73设置在金属端盖72下方，使用时可以防止金属端盖72与传声器膜片511接触。保护罩外壳71优选由不锈钢材料制成，且内部设置有内螺纹，可与设置在传声器膜片511下方的外螺纹配合拧紧。
如图5和图6所示，传声器单元5还包括与电容传声器51相连的前置放大器52，前置放大器52上安装有温湿度监控单元8。温湿度监控单元8包括安装在前置放大器52上的温湿度传感器81、包裹在前置放大器52外的电加热膜82以及与温湿度传感器81和电加热膜82电连接的第二控制电路83。在本实施例中，温湿度传感器81优选粘贴在前置放大器52的尾部，电加热膜82沿前置放大器52外壁包裹一圈，其上边缘贴近电容传声器51和前置放大器52连接边缘，长度优选为30mm，第二控制电路83设置在手柄2内，用以采集温湿度传感器81的监测数据并控制电加热膜的启动停止。工作时，温湿度传感器81实时检测空气的温湿度，当温度低于或湿度高于设定值时，第二控制电路控制电加热膜82开启加热功能，由于前置放大器52、电容传声器51的外壳、以及传声器膜片511均为金属材料制成，通过热传导作用即可对传声器膜片511进行加热、干燥。
手柄内设置有传声器插座(图未示)，传声器单元5固定安装在传声器插座内，优选的，当前置放大器52安装在传声器插座内时，电容传声器51的传声器膜片511正好位于透声窗口111包围区域的大约中间位置。
手柄2尾部端面设置有转接孔21。电容传声器51的信号输出线和外接设备控制线从转接孔21中穿出。另外，根据需求可在转接孔21上装上不同规格的螺纹转接器用以连接延长杆，便于户外传声器在各种不同的环境条件下的使用。
如图7所示，自校准户外电容传声器还包括完全套设在外保护罩1外的风球4，风球4属于户外传声器的防护部件，用于防风噪、防尘、防水。风球4的结构为中心穿孔的椭圆形海绵球，其外表面开设有一圈定位凹槽41，当风球4安装完成后，定位凹槽41与传声器膜片511对应设置，方便用户精确采集噪声。
防鸟架3上设置有防松倒刺31和限位台阶32以固定风球4，风球4部分套设在防鸟架3上，通过防松倒刺31固定，风球4顶部与限位台阶32相抵接，以保证风球4能完全覆盖外保护罩1，此时定位凹槽41的位置在传声器膜片511平面附件，方便用户精确采集噪声。
本实施例中的使用的电容传声器51为1/2英寸电容传声器，第一控制电路63和第二控制电路83可集成在统一电路中。
本发明的自校准户外电容传声器组装过程包括：
组装前，手柄内预装好第一控制电路63、第二控制电路83以及传声器插座，静电激励单元6预装在外保护罩1中，静电信号传输线64固定在外保护罩1侧壁其中一个栅格表面。
组装时，首先，在外保护罩1外套上一层金属防护网，防护网应覆盖住所有的镂空栅格11，并露出外保护罩1顶部的螺纹接头；
其次，将外保护罩的螺纹接头拧进防鸟架底部，同时压紧金属防护网；
将温湿度传感器81和电加热膜82黏贴在传声器单元5的前置放大器52的外壁上，温湿度传感器81黏贴在靠近尾部接头的位置，电加热膜82上边缘贴近前置放大器52与电容传声器51的接缝处，然后将传声器单元5插在手柄2预留的传声器插座上；
拆下电容传声器原装保护罩，装上金属保护罩7并拧紧；
将电容传声器51装入前述组合好的外保护罩1中，可通过镂空栅格11观察导电顶针62是否顶在金属保护罩7上，确认无误后拧紧外保护罩底部螺纹；
最后，将风球4从防鸟架尖端套入，往手柄2方向轻拖风球4至露出防鸟架3上的限位台阶32，此时风球上的定位凹槽41位于传声器膜片511平面附近。
本发明的自校准户外电容传声器在进行静电激励校准时，金属端盖72作为激发传声器膜片511振动的导电板，与传声器膜片511构成一个电容器，在金属端盖72上施加电压后，传声器膜片511上产生静电力f，f使传声器膜片511产生振动，类似传声器受到声压作用所产生的振动，静电激励器61的工作电压只采用交流电压，测量传声器膜片511的瞬时激励声压，与原始激励信号幅度相比，计算误差值并判断误差是否超过设定值，如超差，则提示用户该户外传声器需要进行维护。此处使用交流电压作为校准信号的优势还有：1激励电源模块体积小，适用于手持式户外传声器；2使用直流电需要上百伏的高压才能激发足够的瞬时声压，在高湿环境中高压易击穿传声器膜片，损坏设备。
而当需要进行信号校准时，只需将外保护罩1取下露出电容传声器51，将电容传声器51直接装入标准声校准器即可，大大简化了操作步骤。此时金属保护罩7仍然安装在传声器膜片511上，当外保护罩1再次安装后，静电激励器61和传声器膜片511的间距始终保持一致，避免了传统静电激励校准中因反复拆装无法保持间距一致而引入的操作误差；在日常噪声监测工作中，金属保护罩7也起到了防尘的作用。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
1.一种自校准户外电容传声器，其特征在于，包括外保护罩、可拆卸地安装在所述外保护罩内的传声器单元以及固定安装在所述外保护罩内的静电激励单元，所述传声器单元包括电容传声器，所述电容传声器包括传声器膜片，所述传声器膜片上盖设有金属保护罩，所述静电激励单元的一端与所述金属保护罩相抵接。
2.根据权利要求1所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述静电激励单元包括静电激励器和导电顶针，所述导电顶针一端通过弹簧与所述静电激励器相连接，另一端与所述金属保护罩相抵接。
3.根据权利要求2所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述金属保护罩包括与所述电容传声器螺纹连接的保护罩外壳、盖设在所述保护罩外壳上的金属端盖以及设置在所述保护罩外壳和金属端盖之间的绝缘垫。
4.根据权利要求3所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述金属端盖上开设有多个通孔，所述导电顶针的另一端抵接在金属端盖中心的通孔上。
5.根据权利要求1所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述静电激励单元还包括与所述静电激励器电连接的第一控制电路，所述第一控制电路控制所述传声器单元自校准的信号频率、信号幅度以及校准次数。
6.根据权利要求5所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述自校准户外电容传声器还包括与所述外保护罩一端螺纹连接的手柄，所述第一控制电路设置于所述手柄内。
7.根据权利要求1所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述传声器单元还包括与所述电容传声器相连的前置放大器，所述前置放大器上安装有温湿度监控单元。
8.根据权利要求7所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述温湿度监控单元包括安装在所述前置放大器上的温湿度传感器和包裹在所述前置放大器外的电加热膜。
9.根据权利要求8所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述温湿度监控单元还包括与所述温湿度传感器和电加热膜电连接的第二控制电路，所述第二控制电路采集所述温湿度传感器的监测数据并控制所述电加热膜的启动停止。
10.根据权利要求9所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述自校准户外电容传声器还包括与所述外保护罩一端螺纹连接的手柄，所述第二控制电路设置于所述手柄内。
11.根据权利要求6或10所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述手柄内设置有传声器插座，所述传声器单元固定安装在所述传声器插座内。
12.根据权利要求6或10所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述手柄尾部端面设置有转接孔。
13.根据权利要求1所述的自校准户外电容传声器，其特征在于，所述自校准户外电容传声器还包括完全套设在所述外保护罩外的风球，所述风球的外表面开设有一圈定位凹槽，所述定位凹槽与所述传声器膜片对应设置。
技术总结