一种两端声源的材料声阻抗测试管及测试方法技术

一种两端声源的材料声阻抗测试管及测试方法。它涉及水声测试技术领域。它解决了现有技术存在的问题。本发明专利技术的测试管和测试方法用于测试200Hz～2kHz频率范围内声学材料的声阻抗，将测试材料置于水声平面声波导管的管体中，管内两端均设置声源，能够同时发射相同频率、不同相位的声信号，由四个水听器分别测试不同位置处声压，利用数据采集器采集数据，读取所有数据，按相应公式计算测试材料的输入声阻抗和传递声阻抗。本发明专利技术简化了测量过程，提升了测量效率，具有有效降低测试误差的优点。具有有效降低测试误差的优点。具有有效降低测试误差的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种两端声源的材料声阻抗测试管及测试方法


[0001]本专利技术属于水声测试
，具体涉及一种两端声源的材料声阻抗测试管及测试方法。

技术介绍

[0002]水下航行器的隐蔽性依赖于声学材料隔声性能的发展，材料声学性能测试是声学覆盖层研发中非常重要的一环。对于水下小样品材料低频声学性能的测试，驻波法只能测试材料敷设于刚硬壁面时的吸声系数(李水等，水声材料低频声性能的驻波管测量，计量学报，2003(03)：221
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224)，脉冲法的测试频率会受到管道长度的限制，行波法测试透射和反射性能时又存在控制时间过长、消声过程复杂、吸声效果较差的缺点(李水等，水声材料低频声性能的行波管测量[J].声学学报，2007(04)：349
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355)，且上述方法均为直接评价材料声学性能，测试结果应用于实际结构也往往不够客观。为了预测材料声学性能，提出了声阻抗测试方法，基于末端堵塞法(余晓丽，声学覆盖层声阻抗测量方法及复合结构声反射预报研究，哈尔滨工程大学，2006)可以求解材料阻抗信息，主要思想是利用钢背衬敷贴在声学材料背面，以造成阻抗堵塞，从而满足阻抗测试条件，但钢背衬往往刚度有限，中低频端无法满足阻抗堵塞条件，导致出现误差；此外，该测试方法需要将声学覆盖层正反两面分别敷贴刚硬背衬后进行两次测量，测试敷贴较耗时间；此外还有一种无背衬式声阻抗测试方法(余晓丽，一种不依赖于背衬的声学覆盖层声阻抗测试方法研究，第十七届船舶水下噪声学术讨论会论文集，2019：635
‑
641)，该方法无法对样品进行加压的问题。目前还没有便捷的、不需要对装置或材料进行拆卸完成两次测量以获取承压条件下材料阻抗参数的测试方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有技术存在的问题，提供了一种两端声源的材料声阻抗测试管及测试方法，解决该问题的具体技术方案如下：
[0004]一种两端声源的材料声阻抗测试管，由第一声源、第一水听器、第二水听器、第三水听器、第四水听器、测试材料、第二声源和平面声波导管组成，第二声源和第一声源分别设置在平面声波导管上、下两端，同时发射声波，在平面声波导管内形成平面驻波场。
[0005]一种两端声源的材料声阻抗测试方法，该方法的步骤如下：
[0006]步骤一、采用上述的材料声阻抗测试管，将测试材料置于平面声波导管的中间位置，平面声波导管的管体腔内两端均设置有声源，测试材料的下侧表面的液柱中设置有第一水听器和第二水听器，测试材料的上侧表面的液柱中设置有第三水听器和第四水听器，其中第一水听器与测试材料下侧表面的间距大于第二水听器与测试材料的下侧表面的间距，第四水听器与测试材料的上侧表面间距大于第三水听器与测试材料的上侧表面的间距，每个水听器分别与系统的数据采集器连接，数据采集器与测量控制电脑连接；
[0007]步骤二、驱动第一声源和第二声源发射相同幅值相位的单频信号；
[0008]步骤三、数据采集器同时采集第一水听器、第二水听器、第三水听器和第四水听器
的声压p
x1
、p
x2
、p
x3
、p
x4
，存为数据文档；
[0009]步骤四、读取声压数据文档，并按照下列公式分离平面声波导管内各平面波：
[0010][0011]上式中，p
Aa
、p
Ba
、p
Ca
、p
Da
分别为平面声波导管内A、B、C、D四个平面声波的声压，x1、x2、x3、x4分别为平面声波导管内第一水听器、第二水听器、第三水听器和第四水听器的位置坐标，k1、k2分别为测试材料两侧液柱的波数；
[0012]步骤五、分离完声波后，按照下列公式计算测试材料下、上两侧表面的声压和振速，计算公式为：
[0013][0014]上式中，p1表示测试材料下侧表面的声压，u1表示测试材料下侧表面的振速，l1表示测试材料下侧表面的位置，p2表示测试材料上侧表面的声压，u2表示测试材料上侧表面的振速，l2表示测试材料上侧表面的位置；
[0015]步骤六、将测试材料视为双输入双输出的声学单元，输入端参数为测试材料下侧表面声压p1和振速u1，输出端参数为测试材料上侧表面声压p2和振速u2，以测试材料的声阻抗矩阵作为未知量，得到关于声阻抗矩阵的两个方程：
[0016][0017]式中，z
11
、z
22
为材料的输入阻抗，定义为
[0018][0019]z
12
、z
21
为材料的传递阻抗，定义为
[0020][0021]步骤七、改变第二声源发射声波的相位，使其发射与第一声源频率相同、相位相反的声波，重复步骤四到步骤六，得到关于声阻抗矩阵的另外两个方程：
[0022][0023]步骤八、联立方程(3)和方程(4)，得到可求解的关于声阻抗矩阵的方程组：
[0024][0025]得到测试材料的声阻抗矩阵
[0026][0027]即完成末端改变声源阻抗的材料声阻抗的测试。
[0028]本专利技术的一种两端声源的材料声阻抗测试管及测试方法，与现有技术相比的有益效果：一、常规阻抗参数测量方法阻抗参数测量方法为末端阻塞法，利用钢背衬敷贴在声学覆盖层背面，以造成阻抗堵塞，从而满足阻抗测量条件。但刚背村往往厚度有限刚度有限，在中低频段无法满足阻抗堵塞条件，导致测量结果存在误差。本专利技术不依赖于背衬，保证中低频测试的精度；二、末端阻塞测量方法需要将声学覆盖层正反两面需要分别敷贴钢背衬后进行两次测量，测试敷贴较耗时间，本专利技术的测试方法不需要对样品进行二次敷贴，简便了测量过程；加压条件下材料阻抗的测试，需要在封闭空间进行，改变末端负载材料或改变输出端管壁长度等其他该表末端负载的方式需要对水密管壁进行拆卸，通过增加第二声源改变末端负载，无需拆卸管壁，改变发射声波即可，提升了测量效率；三、两次测试末端负载变化情况会干扰测试误差对测试结果的影响，改变声波相位，令两次测量时输出端末端声源发射相反相位的声波，此时对末端负载变化较为明显，有效降低了测试误差对测试结果的影响，使测试结果更加准确。适用于测试200Hz～2kHz频率范围内声学材料的声阻抗。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的测试管的结构示意图，图2是图1中采用有限元软件的模型图，图3是材料阻抗特性示意图，图4是各阻抗参数随频率变化的示意图，图5是利用末端声源的声阻抗法材料声学测得的声压透射系数和声压反射系数随频率变化的示意图。图中5
‑
1和5
‑
2为介质。
具体实施方式
[0030]如图1所示，本实施方式的一种两端声源的材料声阻抗测试管，由第一声源1
‑
1、第一水听器2
‑
1、第二水听器2
‑
2、第三水听器2
‑
3、第四水听器2
‑
4、测试材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两端声源的材料声阻抗测试管，它由第一声源、第一水听器、第二水听器、第三水听器、第四水听器、测试材料和第二声源组成，其特征在于：第二声源和第一声源分别设置在平面声波导管上、下两端，同时发射声波，在平面声波导管内形成平面波场。2.一种两端声源的材料声阻抗的测试方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一、采用上述的材料声阻抗测试管，将测试材料置于平面声波导管的中间位置，平面声波导管的管体腔内两端均设置有声源，测试材料的下侧表面的液柱中设置有第一水听器和第二水听器，测试材料的上侧表面与发射换能器之间的液柱中设置有第三水听器和第四水听器，其中第一水听器与测试材料下侧表面的间距大于第二水听器与测试材料的下侧表面的间距，第四水听器与测试材料的上侧表面间距大于第三水听器与测试材料的上侧表面的间距，每个水听器分别与系统的数据采集器连接，数据采集器与测量控制电脑连接；步骤二、驱动第一声源和第二声源发射相同幅值相位的单频信号；步骤三、数据采集器同时采集第一水听器、第二水听器、第三水听器和第四水听器的声压p
x1
、p
x2
、p
x3
、p
x4
，存为数据文档；步骤四、读取声压数据文档，并按照下列公式分离平面声波导管内各平面波：上式中，p
Aa
、p
Ba
、p
Ca
、p
Da
分别为平面声波导管内A、B、C、D四个平面声波的声压，x1、x2、x3、x4分别为平面声波导管内第一水听器、第二水听器、第三水听器和第四水听器的位置坐标，k1、k2分别为测试材料两侧液柱的波数；步骤五、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，商德江，肖妍，王一宇，刘金鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：