CN106290580A - 一种真空高低频声学测量装置及方法 - Google Patents

一种真空高低频声学测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种真空高低频声学测量装置及方法，其中，真空高低频声学测量装置包括：声学发射换能器、水听器组、声波仪、声波导柱和样品管，声学发射换能器通过声波导柱与样品管一侧连接，声波导柱和样品管中的样品端面耦合连接，水听器组设置于样品管顶部，并且插入样品管顶部的测量孔与样品耦合连接，声波仪的第一输出端与声学发射换能器，声波仪的第一接收端与水听器组连接，解决了实验室测量样品低频声学特性的困难，同时能够开展从低频到高频的测量，且保证了在对样品高低频声学特性进行测量时结果的准确度。

Description

一种真空高低频声学测量装置及方法
技术领域
本发明涉及声学探测领域，尤其涉及一种真空高低频声学测量装置及方法。
背景技术
广阔的江河湖海海底布满沉积物，沉积物的声学特性是研究存在于水中的沉积物的最有效方法。以海底沉积物为例，其是海洋物理和工程研究的重要对象，其声学特性研究一直备受国内外学者的重视，是船舰航行、潜艇潜行、海底资源探测、海洋工程作业等必须知道和了解的特性。海底沉积物声学特性包含两个主要的特性参数：声速和声衰减，其中，声速反应出声波在海底传播的快慢程度；声衰减反映出海底底质对声波传播或地震波作用距离的影响。
目前对沉积物的声学测量主要有声学遥测、原位测量和采样测量。由于采用的频率段不一致，测量得到的声学特性存在着较大的差异，而理论研究表明，海底沉积物的声速和声衰减都是与测量频率密切相关的，现有各种测量方法只适用于各自的测量频率段，而无法实现从低频(如10Hz)到高频(如500kHz)之间的频率的测量。而这三种测量方法相互之间是不可替代的，需要将三种测量方法的相互比较联系起来。为海洋工程、航海航运、海洋军事、资源勘探等服务。
因此，亟需研究测量频率对海底沉积物的声学特性的影响，从而将各种测量方法的测量结果能够统一起来，互相借鉴。当前在实验室中的测量手段，因为低频噪声、样品尺寸等问题，无法实现从低频到高频的一系列的测量。
发明内容
本发明实施例提供了一种真空高低频声学测量装置及方法，解决了实验室测量样品低频声学特性的困难，同时能够开展从低频到高频的测量，且保证了在对样品高低频声学特性进行测量时结果的准确度。
本发明实施例提供了一种真空高低频声学测量装置，包括：
声学发射换能器、水听器组、声波仪、声波导柱和样品管；
所述声学发射换能器通过所述声波导柱与所述样品管一侧连接；
所述声波导柱和所述样品管中的样品端面耦合连接；
所述水听器组设置于所述样品管顶部，并且插入样品管顶部的测量孔与样品耦合连接；
所述声波仪的第一输出端与所述声学发射换能器，所述声波仪的第一接收端与所述水听器组连接；
其中，所述声学发射换能器将测试波信号转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，使得所述低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波，所述水听器组中的各个水听器采集到所述第二声波并生成相应信号发送至声波仪进行声学特性解析。
优选地，本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置还包括：水平接收换能器；
所述水平接收换能器一端与所述样品管中的样品另一端面耦合连接；
所述水平接收换能器另一端和所述声波仪的第一接收端连接。
优选地，本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置还包括：真空箱；
所述水听器组、所述样品管、所述水平接受换能器和所述声波导柱均设置于所述真空箱中；
所述水听器组的水听器采样端与所述样品管中的样品径向耦合连接。
优选地，本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置还包括：真空吸气阀和真空泵；
所述真空吸气阀与所述真空泵连接；
所述真空吸气阀设置在所述真空箱一侧。
优选地，本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置还包括：主机；
所述主机和所述声波仪的第二接收端和第二输出端连接。
优选地，所述声波仪，用于将第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至所述主机，所述主机根据所述第三信号进行解析并计算样品的声学特性。
优选地，所述水听器组包括针式水听器组和平面水听器；
所述针式水听器组包括至少2个针式水听器，两两所述针式水听器相隔预置距离；
所述平面水听器为水平设置。
优选地，本发明实施例还提供了一种真空高低频声学测量方法，通过以上所述的真空高低频声学测量装置进行测量，其特征在于，包括：
通过声学发射换能器将测试波信号转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，使得所述低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波；
通过水听器组中的各个水听器采集到所述第二声波并生成相应信号发送至声波仪进行声学特性解析。
优选地，所述通过声学发射换能器将测试波转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波具体包括：
通过声波仪接收主机发送的测试波信号，并根据所述测试波信号生成相应的电信号触发声学发射换能器，声学发射换能器将测试波形信号转化为相应的低频声波或高频声波射入待测样品中，使得所述低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波。
优选地，所述通过水听器组中的各个水听器采集到所述第二声波并生成相应信号发送至声波仪进行声学特性解析具体包括：
通过水听器组中的各个水听器采集到所述第二声波并生成相应的第二信号发送至声波仪，声波仪将第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至主机，主机根据所述第三信号进行解析并计算样品的声学特性。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供了一种真空高低频声学测量装置及方法，其中，真空高低频声学测量装置包括：声学发射换能器、水听器组、声波仪、声波导柱和样品管；所述声学发射换能器通过所述声波导柱与所述样品管一侧连接；所述声波导柱和所述样品管中的样品端面耦合连接；所述水听器组设置于所述样品管顶部，并且插入样品管顶部的测量孔与样品耦合连接；所述声波仪的第一输出端与所述声学发射换能器，所述声波仪的第一接收端与所述水听器组连接；其中，所述声学发射换能器将测试波信号转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，使得所述低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波，所述水听器组中的各个水听器采集到所述第二声波并生成相应信号发送至声波仪进行声学特性解析，解决了实验室测量样品低频声学特性的困难，同时能够开展从低频到高频的测量，且保证了在对样品高低频声学特性进行测量时结果的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量方法的另一流程示意图。
其中，图中标记如下所述：
1.声学发射换能器 2.声波导柱 3.样品管 4.水平接收换能器 5.水听器组 6.声波仪 7.主机 8.真空吸气阀 9.真空泵 10.真空箱
具体实施方式
本发明实施例提供了一种真空高低频声学测量装置及方法，解决了实验室测量样品低频声学特性的困难，同时能够开展从低频到高频的测量，且保证了在对样品高低频声学特性进行测量时结果的准确度。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置，包括：
声学发射换能器1、水听器组5、声波仪6、声波导柱2和样品管3；
声学发射换能器1通过声波导柱2与样品管3一侧连接；
声波导柱2和样品管3中的样品端面耦合连接；
水听器组5设置于样品管3顶部，并且插入样品管3顶部的测量孔与样品耦合连接；
声波仪6的第一输出端与声学发射换能器1，声波仪6的第一接收端与水听器组5连接。
其中，声学发射换能器1将测试波信号转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，使得低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波，水听器组5中的各个水听器采集到第二声波并生成相应信号发送至声波仪6进行声学特性解析。
在本实施例中，声学发射换能器1基于声波仪6的电信号，产生适合于测量的低频和高频的声波，在低频时(如20kHZ以下)为磁致伸缩换能器，产生低频触发声波；在中、高频时(如20kHZ以上)，为压电陶瓷换能器。
声波仪6用于将主机7的测试信号转换成电信号触发声学发射换能器1，同时将水听器组5的振动转化为电信号传输给主机7。
本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置还包括：水平接收换能器4；
水平接收换能器4一端与样品管3中的样品另一端面耦合连接；
水平接收换能器4另一端和声波仪6的第一接收端连接。
在本实施例中，水平接受换能器4用于接收被测样品传播的声波振动并拾取进入到声波仪6中，用于比对水听器组5接收到的信号，可以用于整个实验的校正、对比和分析。
本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置，还包括：真空箱10；
声波导柱2一端通过耦合剂与声学发射换能器1相连接，另外一端与真空箱10内的样品管3中的样品端面通过耦合剂相连，用于声学发射换能器的声波传导进入到测量样品中；
水听器组5、样品管3、水平接收换能器4和声波导柱2均设置于真空箱中10。
本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置，还包括：真空吸气阀8和真空泵9；
真空吸气阀8与真空泵9连接；
真空吸气阀8设置在真空箱10一侧。
在本实施例中，真空泵9将真空箱10的空气吸出，气体压力达到-0.1个大气压力，隔绝声波通过空气传播，保证声波从被测样品中传播进入水听器。
本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置，还包括：主机7，主机7包括用于存储所述各信号的存储器和显示器，作为声波仪操作控制、参数设置和第一信号选择的交互显示界面，用于对接收信号进行解析并计算沉积物的声学特性的处理器；
主机7和声波仪6的第二接收端和第二输出端连接。
本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量装置所包含的水听器组5的水听器采样端与样品管3中的样品径向耦合连接，水听器组包括至少一个水听器。
在本实施例中，水听器组包括针式水听器组和平面水听器；
针式水听器组包括至少2个针式水听器，两两针式水听器相隔预置距离；
平面水听器为水平设置。
在本实施例中，水听器组5可以接收10Hz～500kHz的频率范围的声波，具有平稳的频率响应特性曲线，可以接收各种研究需要的信号。水听器组竖直设置于所述承托支架上，组中各个水听器的采样端与样品管3通过耦合剂相耦合，水听器组5中各个水听器的采样端插入于样品管3的径向端且竖直设置于测量支架上。其中，所述水听器组中至少包含两个成一定距离间隔、并排设置的水听器，且水听器为针式水听器，水听器按照一定距离分开布置，竖直接触被测样品，将被测样品传播的声波振动拾取进入到声波仪中。
在本实施例中，声波仪6接收主机7发送的根据当前输入的测试波类型生成的携带有测试波类型的第一信号，并根据所述第一信号生成相应的电信号触发声学发射换能器1，声学发射换能器1将测试波形信号转化为相应的低频声波或高频声波传播进入真空箱10中的待测样品中。
水听器组5中的各个水听器采集低频声波或高频声波通过样品后形成的第二声波，并生成相应的第二信号发送至声波仪6，声波仪6将第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至主机7，主机7基于待测样品生成的第三信号，进行解析并计算沉积物的声学特性。
请参阅图2，本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量方法，包括：
101、通过声学发射换能器将测试波信号转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，使得低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波；
真空高低频声学测量装置通过声学发射换能器将测试波信号转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，使得低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波。
102、通过水听器组中的各个水听器采集到第二声波并生成相应信号发送至声波仪进行声学特性解析。
真空高低频声学测量装置通过水听器组中的各个水听器采集到第二声波并生成相应信号发送至声波仪进行声学特性解析。
请参阅图3，本发明实施例提供的一种真空高低频声学测量方法的另一实施例，包括：
201、通过声波仪接收主机发送的测试波信号，并根据测试波信号生成相应的电信号触发声学发射换能器，声学发射换能器将测试波形信号转化为相应的低频声波或高频声波射入待测样品中，使得低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波。
真空高低频声学测量装置通过声波仪接收主机发送的测试波信号，并根据测试波信号生成相应的电信号触发声学发射换能器，声学发射换能器将测试波形信号转化为相应的低频声波或高频声波射入待测样品中，使得低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波。
202、通过水听器组中的各个水听器采集到第二声波并生成相应的第二信号发送至声波仪，声波仪将第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至主机，主机根据第三信号进行解析并计算样品的声学特性。
真空高低频声学测量装置通过水听器组中的各个水听器采集到第二声波并生成相应的第二信号发送至声波仪，声波仪将第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至主机，主机根据第三信号进行解析并计算样品的声学特性。
以上实施例提供了一种真空高低频声学测量装置及方法，解决了实验室测量样品低频声学特性的困难，同时能够开展从低频到高频的测量，且保证了在对样品高低频声学特性进行测量时结果的准确度。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种真空高低频声学测量装置，其特征在于，包括：声学发射换能器、水听器组、声波仪、声波导柱和样品管；
所述声学发射换能器通过所述声波导柱与所述样品管一侧连接；
所述声波导柱和所述样品管中的样品端面耦合连接；
所述水听器组设置于所述样品管顶部，并且插入样品管顶部的测量孔与样品耦合连接；
所述声波仪的第一输出端与所述声学发射换能器，所述声波仪的第一接收端与所述水听器组连接；
其中，所述声学发射换能器将测试波信号转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，使得所述低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波，所述水听器组中的各个水听器采集到所述第二声波并生成相应信号发送至声波仪进行声学特性解析。
2.根据权利要求1所述的真空高低频声学测量装置，其特征在于，还包括：水平接收换能器；
所述水平接收换能器一端与所述样品管中的样品另一端面耦合连接；
所述水平接收换能器另一端和所述声波仪的第一接收端连接。
3.根据权利要求2所述的真空高低频声学测量装置，其特征在于，还包括：真空箱；
所述水听器组、所述样品管、所述水平接受换能器和所述声波导柱均设置于所述真空箱中；
所述水听器组的水听器采样端与所述样品管中的样品径向耦合连接。
4.根据权利要求3所述的真空高低频声学测量装置，其特征在于，还包括：真空吸气阀和真空泵；
所述真空吸气阀与所述真空泵连接；
所述真空吸气阀设置在所述真空箱一侧。
5.根据权利要求4所述的真空高低频声学测量装置，其特征在于，还包括：主机；
所述主机和所述声波仪的第二接收端和第二输出端连接。
6.根据权利要求5所述的真空高低频声学测量装置，其特征在于，所述声波仪，用于将第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至所述主机，所述主机根据所述第三信号进行解析并计算样品的声学特性。
7.根据权利要求6所述的真空高低频声学测量装置，其特征在于，所述水听器组包括针式水听器组和平面水听器；
所述针式水听器组包括至少2个针式水听器，两两所述针式水听器相隔预置距离；
所述平面水听器为水平设置。
8.一种真空高低频声学测量方法，通过如权利要求1至8中任意一项所述的真空高低频声学测量装置进行测量，其特征在于，包括：
通过声学发射换能器将测试波信号转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，使得所述低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波；
通过水听器组中的各个水听器采集到所述第二声波并生成相应信号发送至声波仪进行声学特性解析。
9.根据权利要求8所述的一种真空高低频声学测量方法，其特征在于，所述通过声学发射换能器将测试波转化为相应的低频声波或高频声波，并射入待测样品中，低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波具体包括：
通过声波仪接收主机发送的测试波信号，并根据所述测试波信号生成相应的电信号触发声学发射换能器，声学发射换能器将测试波形信号转化为相应的低频声波或高频声波射入待测样品中，使得所述低频声波或高频声波通过待测样品后生成第二声波。
10.根据权利要求8所述的一种真空高低频声学测量方法，其特征在于，所述通过水听器组中的各个水听器采集到所述第二声波并生成相应信号发送至声波仪进行声学特性解析具体包括：
通过水听器组中的各个水听器采集到所述第二声波并生成相应的第二信号发送至声波仪，声波仪将第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至主机，主机根据所述第三信号进行解析并计算样品的声学特性。
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