CN103090959A - 磁流变液中超声波声速测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁流变液中超声波声速的测量方法和测量装置，属于磁流变液研究领域；该测量装置包括一个测量容器、一个电磁铁及电源、一个信号发生器、一个示波器以及一个发射换能器和一个接收换能器，此外还包括用于改变磁场方向和超声波传播方向夹角的步进电机等，存放磁流变液的测量容器放置于电磁铁的两极之间，在测量容器一端的内壁上设置有一个发射换能器，在相对端的内壁上设置有一个接收换能器，发射换能器通过信号线与信号发生器的一个输出端相连，信号发生器的另一输出端与示波器的一个输入端相连，接收换能器通过信号线与示波器的另一输入端相连；该测量装置能够测量不同外加磁场条件、不同夹角下磁流变液中的超声波速。
Description
技术领域
本发明属于磁流变液研究领域，涉及一种磁流变液中超声波声速的测量方法和测量装置。
背景技术
超声波是一种在弹性介质中传播的机械波，通过测量其在介质中的传播速度，可以了解介质的特性和状态变化。
磁流变液属于可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一个领域。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此是一种用途广泛、性能优良的智能材料。
超声波在磁流变液中传播时，会受到诸如颗粒浓度、颗粒大小、有无外加磁场、外加磁场方向与超声波传播方向之间的夹角、温度等因素的影响。因此利用超声波声速的测量方法可以了解磁流变液的特性和状态变化。
测量超声波声速的方法主要有共振干涉法、相位比较法、时差法。由于时差法测量装置简单、测量和数据计算过程方便，是实验室常用的测量方法。它又分为脉冲透射法、脉冲反射法；测量声速传播距离L和传播时间Δt，计算它们的比值得到声速。以脉冲透射法最为常用。
但目前还没有专门用于测量磁流变液中超声波声速的装置，这就为利用超声波在磁流变液中的传播来对磁流变液的性质进行研究产生了障碍，因此，目前急需一种简单、高效的，用于测量磁流变液中超声波传播速度的方法和装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于测量磁流变液中超声波传播速度的方法和装置，采用该方法和装置能够进行磁流变液中超声波声速的测量，从而为对磁流变液进行研究创造条件。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种磁流变液中超声波声速的测量方法，包括以下步骤：步骤一：测量待测超声波传播路径中所穿过的磁流变液长度；步骤二：测量待测超声波穿过磁流变液所用时间；步骤三：根据速度公式：速度=路程∕时间，得出超声波在磁流变液中的传播速度；步骤四：对待测磁流变液外加磁场，然后重复步骤二和步骤三，得到超声波在有外加磁场作用下的磁流变液中的传播速度。
进一步，所述测量方法还包括步骤五：改变超声波传播方向与外加磁场方向之间的夹角，重复步骤二和步骤三，得出不同夹角情况下超声波在磁流变液中的传播速度。
进一步，在所述测量方法中将待测磁流变液放置于长度可调的容器中，通过调整容器长度，改变超声波传播路径中所穿过的磁流变液长度，从而进行多次测量。
本发明还提供如下技术方案：
一种磁流变液中超声波声速的测量装置，包括一个测量容器、一个电磁铁及电源、一个信号发生器、一个示波器以及一个发射换能器和一个接收换能器；用于存放磁流变液的测量容器放置于电磁铁的两极之间，在测量容器一端的内壁上设置有一个发射换能器，在相对端的内壁上设置有一个接收换能器，发射换能器通过信号线与信号发生器的一个输出端相连，信号发生器的另一输出端与示波器的一个输入端相连，接收换能器通过信号线与示波器的另一输入端相连。
进一步，所述测量装置还包括一个控制器、一个步进电机、一个带有指针的托盘和一个圆形刻度盘；圆形刻度盘放置于电磁铁的两极之间，步进电机置于圆形刻度盘上，带有指针的托盘放置于步进电机的输出端上，测量容器放置于托盘上，控制器分别与步进电机和信号发生器相连。
进一步，所述测量容器的一端为固定端，其相对端为移动端，通过移动端的移动改变测量容器的长度。
进一步，所述测量装置还包括用于导出磁流变液的一根软管和一个烧杯，软管的一端通过测量容器固定端下方的小孔接入测量容器中，另一端放置于烧杯中。
本发明的有益效果在于：本发明所述的测量磁流变液中超声波声速的方法和装置简单、高效，能够重复、准确地测量超声波在磁流变液中的传播速度，同时，还可以调节超声波传播方向和磁场方向的夹角，从而得到超声波在上述夹角不断变化的时候其传播速度的变化规律，进而为研究磁流变液的性质和状态创造条件。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明所述测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明所述磁流变液中超声波声速测量装置的结构示意图，包括一个测量容器14、一个电磁铁9及电源3、一个信号发生器1、一个示波器2以及一个发射换能器10和一个接收换能器11；用于存放磁流变液的测量容器14放置于电磁铁9的两极之间，在测量容器14一端的内壁上设置有一个发射换能器10，在相对端的内壁上设置有一个接收换能器11，发射换能器10通过信号线与信号发生器1的一个输出端相连，信号发生器1的另一输出端与示波器2的一个输入端相连，接收换能器11通过信号线与示波器2的另一输入端相连。
在本实施例中使用脉冲透射法进行声速测量，超声波穿过磁流变液的路程长度L可通过测量容器14得到，将待测磁流变液注入测量容器14中，电磁铁9与电磁铁电源3断开，启动信号发生器1，信号发生器1产生的脉冲信号分成两路，一路驱动发射换能器10振动，从而该发射换能器10产生超声波信号，超声波向前传播通过测量容器14中的磁流变液后被接收换能器11接收，该接收换能器11将超声波信号转换成电信号，并输入至示波器2；信号发生器1输出的另一路脉冲信号通过信号线直接输入至示波器2，从而对示波器2上的两路脉冲信号进行比较观察；选择信号波形的第一个起跳点的下沿作为初始点(零时)，得到时刻t1，然后用相同的方法从穿过磁流变液后的信号波形提取初始点，得到时刻t2，则声波在磁流变液中的传播时间为Δt=t2-t1，根据速度的定义式：v=L/(t2-t1)，可知超声波在磁流变液中的传播速度。连通电磁铁9和电源3重复上述方法，可测得超声波在有外加磁场作用下的磁流变液中的传播速度。
作为改进，本实施例中测量容器14采用以下方式设置：一端为固定端13，其相对端为移动端12，通过移动端12的移动改变测量容器14的长度。同时，在测量容器14上有刻度值，移动移动端12并读取长度刻度值，可测量不同磁流变液的长度下的声速数据。
同时，在固定端13的下方位置还可以开一小孔，供一条软管5的一头穿入，软管5的另一头放置在一个烧杯4中，以便将测量容器14中的磁流变液导出。
作为本实施例的进一步改进，所述测量装置还包括一个控制器6、一个步进电机15、一个带有指针的托盘8和一个圆形刻度盘7；圆形刻度盘7放置于电磁铁9的两极之间，步进电机15置于圆形刻度盘7上，带有指针的托盘8放置于步进电机15的输出端上，测量容器14放置于托盘8上，控制器6分别与步进电机15和信号发生器1相连并控制步进电机15转动，由于步进电机15的转动导致测量容器14发生相应转动，从而超声波传播方向与磁场方向之间的夹角发生变化，通过圆形刻度盘7以及带有指针的托盘8可以得到具体的夹角情况，于是可以在超声波传播方向与磁场方向之间不同夹角的情况下对磁流变液中的超声波传播速度进行测量，从而得到超声波在上述夹角不断变化的时候其传播速度的变化规律。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种磁流变液中超声波声速的测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：
步骤一：测量待测超声波传播路径中所穿过的磁流变液长度；
步骤二：测量待测超声波穿过磁流变液所用时间；
步骤三：根据速度公式：速度=路程∕时间，得出超声波在磁流变液中的传播速度；
步骤四：对待测磁流变液外加磁场，然后重复步骤二和步骤三，得到超声波在有外加磁场作用下的磁流变液中的传播速度。
2.根据权利要求1所述的磁流变液中超声波声速的测量方法，其特征在于：所述测量方法还包括步骤五：改变超声波传播方向与外加磁场方向之间的夹角，重复步骤二和步骤三，得出不同夹角情况下超声波在磁流变液中的传播速度。
3.根据权利要求1或2所述的磁流变液中超声波声速的测量方法，其特征在于：将待测磁流变液放置于长度可调的容器中，通过调整容器长度，改变超声波传播路径中所穿过的磁流变液长度，从而进行多次测量。
4.一种磁流变液中超声波声速的测量装置，其特征在于：包括一个测量容器、一个电磁铁及电源、一个信号发生器、一个示波器以及一个发射换能器和一个接收换能器；用于存放磁流变液的测量容器放置于电磁铁的两极之间，在测量容器一端的内壁上设置有一个发射换能器，在相对端的内壁上设置有一个接收换能器，发射换能器通过信号线与信号发生器的一个输出端相连，信号发生器的另一输出端与示波器的一个输入端相连，接收换能器通过信号线与示波器的另一输入端相连。
5.根据权利要求4所述的磁流变液中超声波声速的测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括一个控制器、一个步进电机、一个带有指针的托盘和一个圆形刻度盘；圆形刻度盘放置于电磁铁的两极之间，步进电机置于圆形刻度盘上，带有指针的托盘放置于步进电机的输出端上，测量容器放置于托盘上，控制器分别与步进电机和信号发生器相连。
6.根据权利要求4或5所述的磁流变液中超声波声速的测量装置，其特征在于：所述测量容器的一端为固定端，其相对端为移动端，通过移动端的移动改变测量容器的长度。
7.根据权利要求6所述的磁流变液中超声波声速的测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括用于导出磁流变液的一根软管和一个烧杯，软管的一端通过测量容器固定端下方的小孔接入测量容器中，另一端放置于烧杯中。
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