CN109724689A - 一种水中单气泡声特性的测量装置及测量方法 - Google Patents

一种水中单气泡声特性的测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

一种水中单气泡声特性的测量装置及测量方法，涉及水声测量领域。本发明是为了解决现有缺少对水中气泡声特性进行测量的装置及方法的问题。时间同步设备用于向空气压缩机和前放及采集电路同时输出时间同步信号，使空气压缩机和前放及采集电路同时工作，空气压缩机用于压缩气枪内空气，气枪将压缩的空气从气枪喷嘴喷出，使该空气在水中产生气泡，标准水听器用于采集气泡声信号，前放及采集电路用于采集标准水听器的气泡声信号，进行前置放大处理，处理后的信号送入数据存储单元进行存储，高速摄像机用于采集气泡图像，处理器根据同一时刻下采集的气泡图像和放大的气泡声信号，获得不同尺寸气泡所对应的气泡声的声级。它用于测量水中气泡声特性。

Description

一种水中单气泡声特性的测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及一种水声信号测量方法，主要涉及一种水中单气泡声特性的分析方法，属于水声测量领域。
背景技术
水中气泡发声特性是水中气泡声机理研究的关键，在爆炸声、水中气枪声、电火花声、高速目标落水声的研究中均有广泛的应用。但是现阶段的研究多集中在对水中气泡的演化过程研究，缺乏对一定尺度气泡声的分析手段。随着研究的深入，迫切需要一种对水中气泡声特性的分析装置及方法。
发明内容
本发明是为了解决现有缺少对水中气泡声特性进行测量的装置及方法的问题。现提供一种水中单气泡声特性的测量装置及测量方法。
一种水中单气泡声特性的测量装置，所述装置包括空气压缩机1、时间同步设备2、前放及采集电路3、数据存储单元4、气枪、标准水听器6、高速摄像机7和处理器，
气枪的喷嘴5和标准水听器6均布设在水池8中，
时间同步设备2用于向空气压缩机1和前放及采集电路3同时输出时间同步信号，使空气压缩机1和前放及采集电路3同时工作，
空气压缩机1用于压缩气枪内的空气，气枪将压缩的空气从气枪喷嘴5喷出，使该空气在水中产生气泡，
标准水听器6用于采集气泡声信号，前放及采集电路3用于采集标准水听器6的气泡声信号，并将该信号进行前置放大处理，处理后的信号送入数据存储单元4进行存储，
高速摄像机7用于采集气泡图像，
处理器，用于根据同一时刻下采集的气泡图像和放大的气泡声信号，获得不同尺寸气泡所对应的气泡声的声级，从而实现对水中单气泡声特性的测量。
根据一种水中单气泡声特性的测量装置实现的测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、在水槽中布放标准水听器6和气枪，当气枪内压缩的空气从气枪喷嘴5喷出时，由标准水听器6采集在水中产生的气泡声信号，并由高速摄像机7同步采集气泡图像信息；
步骤二、根据气泡声信号获得气泡声的声级，根据气泡图像信息提取气泡尺寸；
步骤三、根据同一时刻下的气泡声的声级和气泡尺寸，得到不同时刻下，不同气泡尺寸的气泡声的声级，从而实现对水中单气泡声特性的测量。
本发明的有益效果为：
本申请通过简单的结构搭建测量水中产生气泡的声音及气泡图像的试装置，通过在水池中产生气泡，而同时采用标准水听器与高速摄像机进行同步采集声信号和连续多帧的气泡图像，根据声信号获得气泡声的声级，而根据连续多帧的气泡图像获得气泡的尺寸，根据统计同一时刻下的气泡尺寸与气泡声的声级，得到气泡尺寸与气泡声的声级的关系曲线，从而能够根据测试结果对气泡大小及声级进行有效、准确的研究。使之在以后对爆炸声、水中气枪声、电火花声、高速目标落水声的研究奠定了基础。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种水中单气泡声特性的测量装置的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种水中单气泡声特性的测量装置，所述装置包括空气压缩机1、时间同步设备2、前放及采集电路3、数据存储单元4、气枪、标准水听器6、高速摄像机7和处理器，
气枪的喷嘴5和标准水听器6均布设在水池8中，
时间同步设备2用于向空气压缩机1和前放及采集电路3同时输出时间同步信号，使空气压缩机1和前放及采集电路3同时工作，
空气压缩机1用于压缩气枪内的空气，气枪将压缩的空气从气枪喷嘴5喷出，使该空气在水中产生气泡，
标准水听器6用于采集气泡声信号，前放及采集电路3用于采集标准水听器6的气泡声信号，并将该信号进行前置放大处理，处理后的信号送入数据存储单元4进行存储，
高速摄像机7用于采集气泡图像，
处理器，用于根据同一时刻下采集的气泡图像和放大的气泡声信号，获得不同尺寸气泡所对应的气泡声的声级，从而实现对水中单气泡声特性的测量。
本实施方式中，如图1所示，测量在一个由一个透明观测孔的5m×5m×5m的水池进行。
如图1所示，自制气枪声源固定在水池底部，气泡的尺寸大小可以通过出气孔的尺寸来控制；
高速摄影机的采用索尼SONY的FDR-AX700 4K HDR型号，采用支架紧贴固定在水池的观测孔。
气枪的发射时刻和高速摄影机的开始时刻均由同一个电子开关控制。气枪发射时，高速摄影机开始工作，连续拍摄气泡的图像。
气泡图像的轮廓提取，以确定气泡的尺寸。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种水中单气泡声特性的测量装置作进一步说明，本实施方式中，水池8的侧壁为透明侧壁。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种水中单气泡声特性的测量装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括摄像机支架，摄像机支架用于支撑高速摄像机7，摄像机支架固定在水池8外侧壁上。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种水中单气泡声特性的测量装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括电子开关，电子开关用于同时控制气枪发射和高速摄像机7工作。
具体实施方式五：根据具体实施方式一所述的一种水中单气泡声特性的测量装置实现的测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、在水槽中布放标准水听器6和气枪，当气枪内压缩的空气从气枪喷嘴5喷出时，由标准水听器6采集在水中产生的气泡声信号，并由高速摄像机7同步采集气泡图像信息；
步骤二、根据气泡声信号获得气泡声的声级，根据气泡图像信息提取气泡尺寸；
步骤三、根据同一时刻下的气泡声的声级和气泡尺寸，得到不同时刻下，不同气泡尺寸的气泡声的声级，从而实现对水中单气泡声特性的测量。
具体实施方式六：根据具体实施方式五所述的一种水中单气泡声特性的测量装置实现的测量方法，本实施方式中，步骤二中，根据气泡声信息获得气泡声的声级过程为：
将声信号s(t)通过一个通带为10Hz-5kHz的512阶巴特沃兹滤波器进行滤波后，得到滤波后的声信号x(t)，根据该信号x(t)得到功率谱Px：
式中，T为气枪信号持续的时间长度，
根据公式：
SLx＝10lgPx-A-Mv-20lgR/rref 公式2，
获得气泡声的声级SLx，
式中，A为标准水听器接收端前放及采集电路的放大倍数，Mv为标准水听器灵敏度，R为气枪位置与标准水听器的距离，rref＝1m。
具体实施方式七：根据具体实施方式五所述的一种水中单气泡声特性的测量装置实现的测量方法，本实施方式中，步骤二中，根据气泡图像信息提取气泡尺寸的过程为：
首先通过图像预处理滤除气泡图像信息中的噪声，然后利用阈值法分割去噪后的气泡图像得到二值图像，该二值图像经缺陷修补处理后进行轮廓提取得到图像的边界点，通过轮廓跟踪算法将轮廓存储为链码表示的格式，最后从链码表示的格式中选取轮廓的最大距离，记为气泡尺寸rbubble。

Claims (7)

1.一种水中单气泡声特性的测量装置，其特征在于，所述装置包括空气压缩机(1)、时间同步设备(2)、前放及采集电路(3)、数据存储单元(4)、气枪、标准水听器(6)、高速摄像机(7)和处理器，
气枪的喷嘴(5)和标准水听器(6)均布设在水池(8)中，
时间同步设备(2)用于向空气压缩机(1)和前放及采集电路(3)同时输出时间同步信号，使空气压缩机(1)和前放及采集电路(3)同时工作，
空气压缩机(1)用于压缩气枪内的空气，气枪将压缩的空气从气枪喷嘴(5)喷出，使该空气在水中产生气泡，
标准水听器(6)用于采集气泡声信号，前放及采集电路(3)用于采集标准水听器(6)的气泡声信号，并将该信号进行前置放大处理，处理后的信号送入数据存储单元(4)进行存储，
高速摄像机(7)用于采集气泡图像，
处理器，用于根据同一时刻下采集的气泡图像和放大的气泡声信号，获得不同尺寸气泡所对应的气泡声的声级，从而实现对水中单气泡声特性的测量。
2.根据权利要求1所述的一种水中单气泡声特性的测量装置，其特征在于，水池(8)的侧壁为透明侧壁。
3.根据权利要求2所述的一种水中单气泡声特性的测量装置，其特征在于，它还包括摄像机支架，摄像机支架用于支撑高速摄像机(7)，摄像机支架固定在水池(8)外侧壁上。
4.根据权利要求1所述的一种水中单气泡声特性的测量装置，其特征在于，它还包括电子开关，电子开关用于同时控制气枪发射和高速摄像机(7)工作。
5.根据权利要求1所述的一种水中单气泡声特性的测量装置实现的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、在水槽中布放标准水听器(6)和气枪，当气枪内压缩的空气从气枪喷嘴(5)喷出时，由标准水听器(6)采集在水中产生的气泡声信号，并由高速摄像机(7)同步采集气泡图像信息；
步骤二、根据气泡声信号获得气泡声的声级，根据气泡图像信息提取气泡尺寸；
步骤三、根据同一时刻下的气泡声的声级和气泡尺寸，得到不同时刻下，不同气泡尺寸的气泡声的声级，从而实现对水中单气泡声特性的测量。
6.根据权利要求5所述的一种水中单气泡声特性的测量装置实现的测量方法，其特征在于，步骤二中，根据气泡声信息获得气泡声的声级过程为：
将声信号s(t)通过一个通带为10Hz-5kHz的512阶巴特沃兹滤波器进行滤波后，得到滤波后的声信号x(t)，根据该信号x(t)得到功率谱Px：
式中，T为气枪信号持续的时间长度，
根据公式：
SLx＝10lgPx-A-Mv-20lgR/rref 公式2，
获得气泡声的声级SLx，
式中，A为标准水听器接收端前放及采集电路的放大倍数，Mv为标准水听器灵敏度，R为气枪位置与标准水听器的距离，rref＝1m。
7.根据权利要求5所述的一种水中单气泡声特性的测量装置实现的测量方法，其特征在于，步骤二中，根据气泡图像信息提取气泡尺寸的过程为：
首先通过图像预处理滤除气泡图像信息中的噪声，然后利用阈值法分割去噪后的气泡图像得到二值图像，该二值图像经缺陷修补处理后进行轮廓提取得到图像的边界点，通过轮廓跟踪算法将轮廓存储为链码表示的格式，最后从链码表示的格式中选取轮廓的最大距离，记为气泡尺寸rbubble。
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625150A (en) * 1994-08-18 1997-04-29 General Electric Company Integrated acoustic leak detection sensor subsystem
JP2000162082A (ja) * 1998-11-26 2000-06-16 Hitachi Ltd 音響式漏洩監視装置
JP2000258281A (ja) * 1999-03-08 2000-09-22 Hitachi Ltd 音響式漏洩監視装置
US20060179947A1 (en) * 2005-01-06 2006-08-17 Snecma Determining the extent of a lateral shadow zone in an ultrasound inspection method
CN101281112A (zh) * 2008-04-30 2008-10-08 浙江理工大学 一种对网状粘连稻米的图像式自动分析方法
CN101614584A (zh) * 2009-07-17 2009-12-30 深圳大学 一种基于数字信号处理的噪声测量系统及方法
CN102175308A (zh) * 2011-03-02 2011-09-07 河海大学常州校区 一种超声空化反应测量装置及基于时差法的测量方法
CN104007331A (zh) * 2013-02-21 2014-08-27 中国石油化工股份有限公司 用于采集分析井场噪声的装置及方法
CN105222833A (zh) * 2015-10-26 2016-01-06 上海理工大学 气液两相流中气泡大小、数目和运动速度的测量方法
CN107277296A (zh) * 2017-07-03 2017-10-20 中国舰船研究设计中心 适用于气泡声学研究的音频、视频信号同步装置及方法
CN108357628A (zh) * 2018-02-05 2018-08-03 哈尔滨工程大学 一种适用于船底水下声呐的降噪装置
CN108876772A (zh) * 2018-06-05 2018-11-23 南华大学 一种基于大数据的肺癌图像诊断系统及方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625150A (en) * 1994-08-18 1997-04-29 General Electric Company Integrated acoustic leak detection sensor subsystem
JP2000162082A (ja) * 1998-11-26 2000-06-16 Hitachi Ltd 音響式漏洩監視装置
JP2000258281A (ja) * 1999-03-08 2000-09-22 Hitachi Ltd 音響式漏洩監視装置
US20060179947A1 (en) * 2005-01-06 2006-08-17 Snecma Determining the extent of a lateral shadow zone in an ultrasound inspection method
CN101281112A (zh) * 2008-04-30 2008-10-08 浙江理工大学 一种对网状粘连稻米的图像式自动分析方法
CN101614584A (zh) * 2009-07-17 2009-12-30 深圳大学 一种基于数字信号处理的噪声测量系统及方法
CN102175308A (zh) * 2011-03-02 2011-09-07 河海大学常州校区 一种超声空化反应测量装置及基于时差法的测量方法
CN104007331A (zh) * 2013-02-21 2014-08-27 中国石油化工股份有限公司 用于采集分析井场噪声的装置及方法
CN105222833A (zh) * 2015-10-26 2016-01-06 上海理工大学 气液两相流中气泡大小、数目和运动速度的测量方法
CN107277296A (zh) * 2017-07-03 2017-10-20 中国舰船研究设计中心 适用于气泡声学研究的音频、视频信号同步装置及方法
CN108357628A (zh) * 2018-02-05 2018-08-03 哈尔滨工程大学 一种适用于船底水下声呐的降噪装置
CN108876772A (zh) * 2018-06-05 2018-11-23 南华大学 一种基于大数据的肺癌图像诊断系统及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘竞婷: "水下气体射流与气泡流声特性", 《中国博士学位论文全文数据库基础科学辑》 *
聂东虎 等: "水下蛙人主被动探测实验研究", 《声学技术》 *
邹吉武 等: "海洋矢量噪声场试验研究", 《哈尔滨工程大学学报》 *

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