CN102253118B - 梯度介质声波阻抗测试装置与测试方法 - Google Patents

Abstract

梯度介质声波阻抗测试装置与测试方法属于声波材料测试技术领域。本发明提出了一种通过一次测量获得梯度介质声波阻抗的方法。本发明涉及梯度介质阻抗检测装置，该装置由函数发生器，电荷放大器，电压放大器，调制器，直流稳压电源，波导同轴转换器，磁盘阵列，声波振荡接收器构成。该装置通过禁带滤波放大控制噪声的干扰，进行的电磁屏蔽。经过基因遗传算法，对梯度介质的声波阻抗进行采集处理，并与试验装置采集的曲线数据进行了对比，从而对梯度介质的结构，组织状态对阻抗的影响进行在环准确测试。该装置及方法也可用于其它非均质材料测量等领域，也可推广到电磁学梯度介质的测量领域，具有简便，准确的特点。

Description

梯度介质声波阻抗测试装置与测试方法

技术领域

梯度介质声波阻抗测试装置与测试方法属于声波材料测试技术领域，涉及一种新型的梯度介质阻抗测试装置及测试方法，用于获得梯度介质声波阻抗。

背景技术

梯度介质的阻抗的精确测定在遥感应用、声通讯、声纳探测器、声学及生物传感器、纳微米器件等领域有着广泛的应用。在这些应用中，梯度介质的声波阻抗特性是至关重要的参数，如何通过一次简单的测试试验，就可以精确的确定梯度介质声波阻抗特性一直是一个重要的测试技术难点。目前的各种测试方法中，只能针对梯度介质的声波阻抗参数进行间接测试，及通过现有的程序或仿真软件进行计算仿真再进行数值繁衍并与间接测量结果比较。如果吻合则计算中的参数即是测试的结果，否则需改变参数重新进行计算比对。这种方法虽然可以得到测试结果，但工作量巨大，计算精度不够且效率较低。

在梯度介质声波阻抗测试装置与测试方法中，从材料声学特性检测的角度迫切需要一种能够直接测试梯度介质声波阻抗的在环精确测试方法，用于指导现场实验的安全进行与实验装置维护。基因遗传算法高效而独特的全局在环优化设计能力非常适合声波阻抗的优化设计问题。波阻抗测试是在不破坏被测试材料的情况下采用物理、力学等手段测试对象内部和表面的各种声学性能及缺陷，可用于机械，车辆，航空工业等急待解决的声波阻抗测试难题。

发明内容

本发明涉及一种新型的梯度介质声波阻抗测试装置与测试方法，用于获得该介质声波阻抗的测试。该装置由函数发生器，电荷放大器，波导同轴转换器，调制器，磁盘阵列，电压放大器，数据记录仪，直流稳压电源构成。所述的系列放大器依次为高通滤波、低通滤波、禁带滤波选频放大，函数发生器输出可调余弦波，经电荷放大器对信号放大，提供电磁线圈对梯度介质进行交变电磁所需的载荷。梯度介质内磁畴在交变载荷作用下释放声波噪讯，经电压放大器，波导同轴转换器和调制器输出梯度介质内部的声波噪讯。调制器对声波噪讯采用庞加莱包络。磁盘阵列用于存储声波信号，输出的声波信号经编程器通过基因遗传算法编制的程序对数据的采集进行处理，与标准试验的标定曲线比对。

所述的函数发生器，采用23Hz～76Hz可调谐交流技术，余弦波失真度小于0.26％，声波阻抗检测精度为1×10^-3瑞利。

所述的电荷放大器输出的电流在27mA以下，动态电压为7V。

所述的电磁线圈由厚度为0.05mm的镍钢金属线压制而成。

所述的声波接受器使用新鲜、高纯的W，Mo，Ti，Fe和Al粉末烧结而成，它们的平均粒径分别为1.5，2.3，60，79和102μm。充分混合后，在氩气保护气氛下热压，烧结。温度为1561K，52MPa，时间为9小时。

所述的电压放大器为电磁屏蔽系列放大器，由三级放大构成。

所述的波导同轴转换器滤波上限为1.9MHz，下限为512KHz。

所述的调制器转换电压为0～7V，转换精度为0.012％。

本发明所述的电源系统为19V直流稳压供电系统。本发明主要包括声波发射和接收系统，基因遗传算法计算操作系统三部分。各个部分先后协同工作，共同完成梯度介质的声波阻抗测试。基因遗传算法目标函数的选择标准是，通过大量试验数据得到的声波发射函数对梯度介质的声波特性非常灵敏，并优化了声波函数的搜索效率，再通过基因遗传算法对梯度介质的声波特性进行搜索满足实验函数的过程中，函数与具体梯度介质相关并在某一实验范围内取值。

本发明的主要特色，针对传统的间接测量方法，本发明简便、精确，在测试实验中利用基因遗传算法求解梯度介质的声波阻抗。本发明的效益与应用前景主要用于非均质材料声学目标的测试，梯度介质的优化设计，梯度介质的声学特性测试。

附图说明

图1是本发明实施方案中测量装置的结构框图；

图2是本发明基因遗传算法求解的流程图；

图3为本发明提供的梯度介质通过该测试装置得出的传输参数特性。

具体实施方式

以下结合具体实施方式，对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种新型梯度介质声波阻抗测试装置与测试方法，由电荷放大器，电压放大器，调制器，直流稳压电源，波导同轴转换器，磁盘阵列，声波振荡接收器构成。所述的函数发生器，采用23Hz～76Hz可调谐交流技术，余弦波失真度小于0.26％，声波阻抗检测精度为1×10^-3瑞利。所述的电荷放大器输出的电流在27mA以下，动态电压为7V。所述的电磁线圈由厚度为0.05mm的镍钢金属线压制而成。所述的声波接受器使用新鲜、高纯的W，Mo，Ti，Fe和Al粉末烧结而成，它们的平均粒径分别为1.5，2.3，60，79和102μm。充分混合后，在氩气保护气氛下热压，烧结。温度为1561K，52MPa，时间为9小时。所述的电压放大器为电磁屏蔽系列放大器，由三级放大构成。所述的波导同轴转换器滤波上限为1.9MHz，下限为512KHz。

所述的调制器转换电压为0～7V，转换精度为0.012％。采用基因遗传算法，与73个声波噪讯信号的庞加莱包络设计相应的流程图如图2所示。如图3所示，当外加交变场为5600Oe时，梯度介质在15.3～29.8GHz形成了一个传输通带，且该传输通带随着外加交变场的增加而增加，达到了声波阻抗可调控的实验目的。为防止噪声干扰和电磁屏蔽，调制器对声波噪讯采用庞加莱包络，声波信号由单片机转化为数字信号，经过基因遗传算法编制的程序对数据进行采集处理，与标准的试件的标定曲线对比，并由数据记录仪进行记录。该装置可对梯度介质的结构进行在环精确测试，在环全时测试时间为1.5小时。调制器对声波噪讯采取庞加莱包络，电源系统采用19V直流稳压电源系统。

相关本发明做出的各种变化和变形及由此产生的等同技术方案均属于本发明的保护范畴。本发明的专利保护范围由各权力要求所限定。

Claims (7)

1.梯度介质声波阻抗测试装置，其特征在于装置由函数发生器、电荷放大器、电压放大器、调制器、直流稳压电源、波导同轴转换器、磁盘阵列、声波振荡接收器构成，函数发生器输出可调频余弦波，经电荷放大器对信号放大，提供电磁线圈对梯度介质表面进行交变电磁所需的载荷，梯度介质内磁畴在交变载荷作用下释放声波噪讯，经电压放大器、波导同轴转换器和调制器输出梯度介质内部的声波噪讯，调制器对声波噪讯进行庞加莱包络，磁盘阵列用于记录并存储声波信号，输出的声波信号经过基因遗传算法编制的软件程序对数据进行采集处理，并与实验测得的标定曲线进行对比，所述的声波振荡接收器使用新鲜、高纯的W，Mo，Ti，Fe和Al粉末烧结而成，它们的平均粒径分别为1.5，2.3，60，79和102μm，充分混合后，在氩气保护气氛下热压，烧结，温度为1561K，52MPa，时间为9小时。

2.根据权利要求1所述的梯度介质声波阻抗测试装置，其特征在于函数发生器为余弦波函数发生器，函数发生器采用23Hz～76Hz可调谐交流技术，余弦波失真度小于0.26％，声波阻抗检测精度为1×10^-3瑞利。

3.根据权利要求1所述的梯度介质声波阻抗测试装置，其特征在于所述的电荷放大器输出的电流在27mA以下，动态电压为7V。

4.根据权利要求1所述的梯度介质声波阻抗测试装置，其特征在于所述的电磁线圈由厚度为0.05mm的镍钢金属线压制而成。

5.根据权利要求1所述的梯度介质声波阻抗测试装置，其特征在于所述的电压放大器为电磁屏蔽系列放大器，由三级放大构成。

6.根据权利要求1所述的梯度介质声波阻抗测试装置，其特征在于所述的波导同轴转换器滤波上限为1.9MHz，下限为512KHz。

7.根据权利要求1所述的梯度介质声波阻抗测试装置，其特征在于调制器转换电压为0～7V，转换精度为0.012％。

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