CN104034808A - 多孔材料变梯度高温声学性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于声学性能测试设备技术领域，特别涉及一种用于多孔材料变梯度高温状态下的声学性能测试装置；本实验测试装置基于双传声器传递函数法，通过加热及温控装置的设计，阻抗管、试件筒与加热装置之间法兰连接方式的选用，以及加热部分保温材料、试件筒材料的选择来实现用普通传声器测试高温环境下多孔材料的吸声特性；本发明多孔材料变梯度高温声学性能测试装置的有益效果：通过隔热材料的选择及结构设计,以普通传声器实现了对多孔材料变梯度高温声学性能的测试，无需外加冷却装置,从而,简化了测试设备，降低相关测试试验工作的成本和难度。

Description

多孔材料变梯度高温声学性能测试装置

技术领域：

本发明属于声学性能测试设备技术领域，特别涉及一种用于多孔材料变梯度高温状态下的声学性能测试装置。

技术背景：

多孔材料是一种兼具功能属性和结构属性的新型工程材料，由于其在物理、力学等方面的优异综合性能，且随着近些年多孔材料制备技术的快速发展，其实际工程应用范围越来越广，在航天航空、深海工程、交通运输、新型能源、石油化工、机械工程等诸多领域有着极其重要的应用价值。相应地，近几年对多孔材料的性能研究也开始从对其在常规环境（常温、常压等）下的性能研究转入到对其在极端复杂环境（高温、高声压、强气流等）下的性能研究。据目前所知，关于多孔材料在极端复杂环境下声学性能的测试装置十分稀缺，已经出现的个别多孔材料高温声学性能测试装置在采用了水冷降温的情况下仍需采用高温传声器进行测量，其装置结构较复杂且用水冷式形成的温度梯度区域不稳定，同时采用高温传声器测量使得测试成本昂贵，基于以上考虑，本发明主要涉及一种基于普通传声器的多孔材料变梯度高温声学性能测试装置。

多孔材料的声学特性通常由其吸声系数和表面法向声阻抗率来表征。材料的吸声系数是材料所吸收的声能与入射声能之比。法向声阻抗率是材料表面的入射声压与相应的质点速度的比值。材料吸声系数的主要测量方法有阻抗管法和混响室法，在阻抗管测试方法中又可以分为驻波比法和传递函数法，阻抗管测量法所测得的是材料的垂直入射吸声系数，而混响室测量法测得的是无规则入射吸声系数，但是混响室法测量所使用的实验仪器较多，而且测试程序较为复杂，相比之下采用阻抗管法测量材料的吸声系数较为简便。阻抗管测试方法中采用单传声器的驻波比法测量吸声材料垂直入射吸声系数和声阻抗率时存在一些缺点，当需要测试低频范围内的材料吸声系数时，要求设计的驻波管很长，且只能使用纯音进行测量。而采用阻抗管双传声器传递函数法可以弥补上述驻波比法的缺陷。双传声器传递函数法是采用固定位置上的两个传声器做测量，在靠近试件的两个位置上测量出声压，并求出两个传声器信号的声传递函数，由此可以计算出试件的法向复反射系数、法向入射吸声系数和声阻抗率。测试的频率范围与阻抗管的横截面尺寸以及两个传声器之间的间距有关，由此可以设计不同阻抗管横截面尺寸和两传声器间距组合来实现宽频范围内的材料吸声系数测量，采用阻抗管双传声器传递函数法能快速且较精确地测量出材料的吸声系数。而从阻抗管双传声器传递函数法的测试原理本身来看，其并未涉及到试件本身的声学参数以及试件所处的环境问题，基于以上分析，本装置采用阻抗管双传声器传递函数法，本发明主要涉及一种基于普通传声器的多孔材料变梯度高温声学性能测试装置。

发明内容：

本发明多孔材料变梯度高温声学性能测试装置发明目的：采用普通传声器测试多孔材料变梯度高温声学性能。

本发明多孔材料变梯度高温声学性能测试装置，包括温控加热部分、试件安装部分、阻抗管和声源部分；其中，温控加热部分由一端为法兰盘的保温筒、保温筒非法兰盘一端安装的高温区端盖和保温筒内由高温区端盖一侧顺次安装的保温板、加热器、温度探头、匀热铜片组成；试件安装部分包括试件筒、法兰连接筒和隔热垫片，试件筒中段设计有法兰盘，试件筒两端安装在法兰连接筒和保温筒内，其法兰盘以隔热垫片与法兰连接筒、保温筒法兰盘隔开；阻抗管侧面设计有传声器安装孔，一端安装在法兰连接筒上；声源部分安装在阻抗管末端。试件安装在试件筒内，与匀热铜片紧密接触。

优选的，声源部分由与阻抗管连接的声源连接筒、安装在声源连接筒内的扬声器和声源后盖组成，扬声器与声源后盖之间填充吸声棉。

优选的，试件安装部分的法兰连接筒与阻抗管螺接，声源部分与阻抗管螺接。

优选的，试件筒采用金云母材料。

优选的，隔热垫片采用金云母材料。

试件所处的高温区是通过加热器和外接温控系统调控的，加热器通电后开始加热，所产生的热量通过匀热铜片，使得截面获得均匀分布的温度，同时通过温度探头将截面上的温度反馈给外接的温控系统，温控系统可以人为设定将要测试的温度且维持在一个相对稳定的温度，由于保温筒、保温板以及试件筒均采用导热系数很小的材料，因此加热器所产生的热量沿着试件管轴向扩散，这样就可以使试件处于一个梯度温度场，当设定温度增高时，便形成高温变梯度场。由于试件管所选材料为导热系数很小的材料，通过试件管管壁传到阻抗管的热量较少，另外隔热垫片可以隔掉保温筒传过的热量，而阻抗管内空气本身的导热系数较小，其传递的热量十分有限，此外法兰连接筒也可以散失掉相当部分的热量，隔热和散热手段的采取，使得传声器安装孔处的温度能够保持在普通传声器的工作温度范围内，至于扬声器更是在接近室温的环境中工作。信号发生器产生白噪声信号，通过功率放大器驱动扬声器用于产生白噪声，白噪声在阻抗管中以平面声波的形式从低温区传到高温区，平面声波经过试件，一部分被试件吸收，另外的被试件反射，通过传声器安装孔处安装的普通传声器测出声压信号，并用外部的DASP系统对所测的声压信号进行采集和分析，最后可以获得试件的吸声系数和表面声阻抗率。测试装置被固定在三个同心的支座上，能够保证测试装置水平。测试的频率范围由阻抗管的直径和传声器安装孔的间距决定。

本发明多孔材料变梯度高温声学性能测试装置的有益效果：以普通的传声器实现对多孔材料变梯度高温声学性能的测试，简化了测试设备，降低相关测试试验工作的成本和难度。

附图说明：

图1为本发明多孔材料变梯度高温声学性能测试装置具体实施结构示意图；

图中，高温区端盖1、加热器2、温度探头3、试件4、试件筒5、法兰连接筒6、传声器安装孔7、阻抗管8、吸声棉10、声源后盖11、声源连接筒12、支座13、隔热垫片14、匀热铜片15、保温筒16、保温板17。

具体实施方式：

多孔材料变梯度高温声学性能测试装置，包括温控加热部分、试件安装部分、阻抗管和声源部分；其中，温控加热部分由一端为法兰盘的保温筒、保温筒非法兰盘一端安装的高温区端盖和保温筒内由高温区端盖一侧顺次安装的保温板、加热器、温度探头、匀热铜片组成；试件安装部分包括中段为法兰盘的试件筒、法兰连接筒和隔热垫片，试件筒安装在法兰连接筒和保温筒内，其法兰盘以隔热垫片与法兰连接筒、保温筒法兰盘隔开；阻抗管侧面设计有传声器安装孔，一端螺接在法兰连接筒上；声源部分由与阻抗管螺接的声源连接筒、安装在声源连接筒内的扬声器和声源后盖组成，扬声器与声源后盖之间填充吸声棉。试件安装在试件筒内，与匀热铜片紧密接触。

试件筒和隔热垫片采用金云母材料。

使用时，将设备安装完整，由加热器通电加热，借由温度探头和外接温控系统精确控制匀热铜片与试件接触面的温度，并形成试件内沿轴向变化的高温变梯度场，扬声器产生白噪声，沿阻抗管从低温区传到高温区，在经过试件吸收反射后，通过阻抗管侧面传声器安装孔处安装的普通传声器测出声压信号，导出至外部的DASP系统进行数据采集分析，实现设备功能。

Claims (5)

1.多孔材料变梯度高温声学性能测试装置，其特征在于:包括温控加热部分、试件安装部分、阻抗管和声源部分；

其中，温控加热部分由一端为法兰盘的保温筒、保温筒非法兰盘一端安装的高温区端盖和保温筒内由高温区端盖一侧顺次安装的保温板、加热器、温度探头、匀热铜片组成；试件安装部分包括试件筒、法兰连接筒和隔热垫片，试件筒中段设计有法兰盘，试件筒两端安装在法兰连接筒和保温筒内，其法兰盘以隔热垫片与法兰连接筒、保温筒法兰盘隔开；阻抗管侧面设计有传声器安装孔，一端安装在法兰连接筒上；声源部分安装在阻抗管末端。

2.如权利要求1所述的多孔材料变梯度高温声学性能测试装置，其特征在于：所述声源部分由与阻抗管连接的声源连接筒、安装在声源连接筒内的扬声器和声源后盖组成，扬声器与声源后盖之间填充吸声棉。

3.如权利要求1所述的多孔材料变梯度高温声学性能测试装置，其特征在于：所述试件安装部分的法兰连接筒与阻抗管螺接，声源部分与阻抗管螺接。

4.如权利要求1所述的多孔材料变梯度高温声学性能测试装置，其特征在于：所述试件筒采用金云母材料。

5.如权利要求1所述的多孔材料变梯度高温声学性能测试装置，其特征在于：所述隔热垫片采用金云母材料。