基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置及方法制造方法及图纸

本申请公开了一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置即方法，其中测量装置包括：第一水箱，用于承载液体；波导管，具有输入端和第一输出端、第二输出端；输入端上设置有固液耦合器；固液耦合器位于第一水箱内；超声换能器，位于第一水箱内，与固液耦合器相对设置；信号发生器，与超声换能器连接；第二水箱，用于承载液体，波导管的第一输出端位于第二水箱内；第一水听器，位于第二水箱内的第一输出端内；第三水箱，用于承载液体，波导管的第二输出端位于第三水箱内；第二水听器，位于第三水箱内的第二输出端内。本申请的一个技术效果在于可以较为精确的测量管内介质下的声速变化。变化。变化。

【技术实现步骤摘要】
基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置及方法


[0001]本申请属于超声
，具体地说，涉及一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置及方法。

技术介绍

[0002]随着声学技术的快速发展，测量声学技术在实际随着声学的迅速发展,检测声学在实际应用中也越来越广泛，在探伤、定位、测距、流体测速、无损检测等声学检测领域中声速的测量尤为重要。而其中测量管道中的声速是一件基础但又十分有意义的研究工作。
[0003]目前对于波导管中介质声速测量主要采用的原理有驻波共振法、相位比较法和时差法。驻波共振法的测量原理是保持管内液面高度不变，将水听器固定在管内介质中心，上下移动，测量出驻波场内两个相邻波谷或波峰之间的距离d，即可计算出声速c1＝2d
×
f。相位比较法也是将水听器固定在管内介质中心并上下移动，通过观看示波器上发射和接收的信号波形两次重合时，水听器移动的距离为波长λ，故声速为c2＝λ
×
f。而时差法是一种简单可靠的测量声速的方法，通过测量一个脉冲波传播一定距离d2所需要的时间t来计算声速：c3＝d2/t。
[0004]上述三种方法的优点是原理简单直观，却各自都有缺点：驻波共振法——会因为插入水听器的散射现象引起管内驻波场发生变化导致驻波场场波谷与波谷之间或者波峰与波峰之间位置测量不准，从而影响声速的测量精度。相位比较法也有相同的问题，并且也都存在读数不准的问题，因为难以精确读取水听器移动的距离。时差法——目前时差法大多采用的是回波测量时差法。但也存在一个问题就是当脉冲波碰到管底产生回波开始传输时在碰到任何有缺陷的地方时极易发生模态转换，导致波形变化，而时差法是通过对比发出波和回波相同波形之间的时间。故回波的波形变化会影响到声速的测量精度。
[0005]不仅如此，众所周知声速受到诸多因素的影响如:温度条件和压力条件等。所以提出一种新的对管内介质声速测量的装置与方法就具有很重要的价值。

技术实现思路

[0006]本申请的一个目的是提供一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置的新技术方案。
[0007]根据本申请的一个方面，本申请提供一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置，包括：
[0008]第一水箱，用于承载液体；
[0009]波导管，具有依次设置的输入端和第一输出端、第二输出端；所述输入端上设置有固液耦合器；所述固液耦合器位于所述第一水箱内；
[0010]超声换能器，位于所述第一水箱内，与所述固液耦合器相对设置；
[0011]信号发生器，与所述超声换能器连接；
[0012]第二水箱，用于承载液体，所述波导管的第一输出端位于所述第二水箱内；
[0013]第一水听器，位于所述第二水箱内的所述第一输出端内；
[0014]第三水箱，用于承载液体，所述波导管的第二输出端位于所述第三水箱内；
[0015]第二水听器，位于所述第三水箱内的所述第二输出端内；
[0016]所述第一水听器和所述第二水听器距离所述波导管的主体的距离相同。
[0017]可选地，还包括功率放大器，所述超声换能器和所述信号发生器通过所述功率放大器连接。
[0018]可选地，还包括示波器，所述示波器分别与所述信号发生器、所述第一水听器以及所述第二水听器连接。
[0019]可选地，所述固液耦合器为喇叭形结构，其广口喇叭端朝向所述超声换能器。
[0020]可选地，所述第一水箱、第二水箱和第三水箱连通。
[0021]可选地，还包括恒温器，所述恒温器被配置为控制所述第一水箱、第二水箱和第三水箱内的液体温度。
[0022]可选地，所述第一水听器不与所述第一输出端的内壁接触且所述第二水听器不与所述第二输出端的内壁接触。
[0023]可选地，所述第一水箱、第二水箱和第三水箱内的液面高度相同。
[0024]根据本申请的另一个方面，本申请还提供一种根据上述的测量装置的基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量方法，包括以下步骤：
[0025]通过所述信号发生器发射脉冲信号至所述超声换能器；
[0026]所述超声换能器将所述脉冲信号转换为超声信号，通过所述固液耦合器传递至所述波导管内；
[0027]第一水听器在所述第一输出端内测量，第二水听器在所述第二输出端内测量，
[0028]声波信号进行对比得到时间差
▽
t，并测量第一输出端与第二输出端之间的距离
▽
L，即得到声速v＝
▽
L/
▽
t。
[0029]本申请的一个技术效果在于可以较为精确的测量管内介质下的声速变化。
附图说明
[0030]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0031]图1是本申请一些实施例的结构连接示意图；
[0032]图2是本申请一些实施例中第一水听器接受到的声信号图；
[0033]图3是本申请一些实施例中第二水听器接受到的声信号图；
[0034]图中：1信号发生器；2示波器；3功率放大器；4阻抗匹配器；5固定板；6波导管，61输入端，62第一输出端，63第二输出端，7固液耦合器；8第一水听器；9第二水箱；10第二水听器；11超声换能器；12第一水箱；13第三水箱。
具体实施方式
[0035]以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
[0036]本申请提供的一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置，在一些实
施例中，参考图1，包括：信号发生器1，超声换能器11，波导管6，固液耦合器7，第一水听器8，第二水听器10，第一水箱12，第二水箱9，第三水箱13。
[0037]所述第一水箱12用于承载液体，该液体作为波导管管内介质，例如水。
[0038]所述波导管6具有依次设置的输入端61和第一输出端62、第二输出端63，形状类似山型，通常情况下，第一输出端62和第二输出端63的端头距离所述波导管6的主体的距离相同。所述输入端61上设置有固液耦合器7。所述固液耦合器7位于所述第一水箱12内。在一些实施例中，所述固液耦合器7为一简单的喇叭口结构，利用菲涅耳衍射原理，将声波导入到声波导管中并测量其声速。
[0039]所述超声换能器11位于所述第一水箱12内，与所述固液耦合器7相对设置，当所述超声换能器11将电信号装换位声信号后，声信号能够被所述固液耦合器7接收并转递至所述波导管6内。
[0040]所述信号发生器1与所述超声换能器11连接，所述信号发生器1用于发出电信号。
[0041]所述第二水箱9用于承载与所述第一水箱12相同的液体。所述波导管6的第一输出端62位于所述第二水箱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置，其特征在于，包括：第一水箱，用于承载液体；波导管，具有依次设置的输入端和第一输出端、第二输出端；所述输入端上设置有固液耦合器；所述固液耦合器位于所述第一水箱内；超声换能器，位于所述第一水箱内，与所述固液耦合器相对设置；信号发生器，与所述超声换能器连接；第二水箱，用于承载液体，所述波导管的第一输出端位于所述第二水箱内；第一水听器，位于所述第二水箱内的所述第一输出端内；第三水箱，用于承载液体，所述波导管的第二输出端位于所述第三水箱内；第二水听器，位于所述第三水箱内的所述第二输出端内；所述第一水听器和所述第二水听器距离所述波导管的主体的距离相同。2.根据权利要求1所述的基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置，其特征在于，还包括功率放大器，所述超声换能器和所述信号发生器通过所述功率放大器连接。3.根据权利要求1所述的基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置，其特征在于，还包括示波器，所述示波器分别与所述信号发生器、所述第一水听器以及所述第二水听器连接。4.根据权利要求1所述的基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置，其特征在于，所述固液耦合器为喇叭形结构，其广口喇叭端朝向所述超声换能器。5.根据权利要求1所述的基于亚波长尺度的声波导管...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏仁杰，丁轩，黄雄奕，林玲，
申请(专利权)人：重庆医科大学，
类型：发明
国别省市：