CN112666250A - 一种液体的超声声学参数自动测量装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体的超声声学参数自动测量装置与方法，装置包括控制和处理模块、信号分时发生模块、信号采集模块、第一，第二发射换能器、第一，第二接收换能器、样品容器。样品容器装载被测样品，控制和处理模块控制信号分时发生模块向第一发射换能器发送信号，控制和处理模块控制信号采集模块自动采集第一接收换能器所接收到的穿过样品容器的信号，然后控制信号分时发生模块断开第一发射换能器的信号，向第二发射换能器发送信号，信号采集模块再对第二接收换能器的信号进行自动采集，当数据采集完成后，控制和处理模块对采集到的数据进行自动处理。该装置有效的实现了对液体中的超声传播速度和声衰减系数的自动测量。
Description
技术领域
本发明涉及超声声学参数的测试领域，特别涉及一种液体的超声声学参数自动测量装置与方法。
背景技术
物质的超声声学参数在超声相关设备的应用及计算中具有重要的意义，已经存在了多种的测试方法，例如脉冲管法、宽带法、插入和替代法（包括双样品法）等等。其中脉冲管法为标准GB/T5266-2006《声学水声材料纵波声速和衰减系数的测量脉冲管法》推荐的测试是方法。在标准GB/T15261-2008 《超声仿组织材料声学特性的测量方法》中提出双样品法，此方法更适用于固体物质的测试。
针对当待测样品量较少或者具有腐蚀性等其它不方便使用上述方法的情况，本发明在双样品法的基础上提出了一种专门针对液体或者凝胶状物质的超声声学参数自动测量装置，用于实现快速对液体中的超声传播速度和声衰减系数的自动测量。相比双样品法，测量装置可以自动完成所有测试，而无需再更换不同长度的样品进行测试。
发明内容
本发明提出了一种液体的超声声学参数自动测量装置与方法，其特征在于包括控制和处理模块、信号分时发生模块、信号采集模块、第一发送换能模块、第一接收换能模块、第二发送换能模块、第二接收换能模块、样品容器。样品容器用于装载被测样品，控制和处理模块控制信号分时发生模块向第一发射换能器发送信号，控制和处理模块控制信号采集模块自动采集第一接收换能器所接收到的穿过样品容器的信号，然后控制信号分时发生模块断开第一发射换能器的信号，向第二发射换能器发送信号，信号采集模块再对第二接收换能器的信号进行自动采集，当数据采集完成后，控制和处理模块对采集到的数据进行自动处理。该装置有效的实现了对液体中的超声传播速度和声衰减系数的自动测量。
可选的，第一发送换能模块、第一接收换能模块、第二发送换能模块和第二接收换能模块分别固定放置在样品耦合模块的四面，其中第一发送换能模块和第一接收换能模块相对应，第二发送换能模块和第二接收换能模块相对应。控制和处理模块对信号发生模块进行分时控制发射超声信号，避免在样品耦合模块中发生干涉。
可选的，样品容器为单面开口的空腔长方体，且壁厚相等，所述样品容器的长和宽应都大于发射换能模块的近场长度。
可选的，在进行声速
的测量时，在样品容器内放入被测样品，控制和处理模块使
用样品容器外部的长度d l和宽度d s，以及第一接收换能模块和第二接收换能模块分别接收
到的超声信号延时t l和t s，通过公式
计算出声速
。
可选的，在用于声衰减系数
测试前，需先对纯水作为被测样品进行测试，测试
结果作为自动测量装置的已知参数用于声衰减系数
计算。在样品容器内放入纯水，控制
和处理模块控制信号分时发生模块向第一发射换能器发送信号，控制和处理模块控制信号
采集模块自动采集第一接收换能器所接收到的穿过样品容器的信号，记录此时第一接收换
能模块的信号幅度A l水，然后控制信号分时发生模块断开第一发射换能器的信号，向第二发
射换能器发送信号，信号采集模块记录此时第二接收换能模块的信号幅度A s水。控制与处理
模块通过当前的水温查表确认当前纯水的衰减系数
。控制和处理模块对以上测量和查询
结果保存，在对样品进行声衰减计算时调用。
在进行声衰减系数
测试时，在样品容器内放入被测样品，控制和处理模块控制
信号分时发生模块向第一发射换能器发送信号，控制和处理模块控制信号采集模块自动采
集第一接收换能器所接收到的穿过样品容器的信号，记录此时第一接收换能模块的信号幅
度A l样，然后控制信号分时发生模块断开第一发射换能器的信号，向第二发射换能器发送信
号，信号采集模块记录此时第二接收换能模块的信号幅度A s样。控制和处理模块通过公式
计算得到声衰减系数
。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
通过样品容器对被测样品封装处理，可对较少的样品进行测试，且不接触换能器，从而避免了被测样品受到污染，且当时被测样品具有腐蚀性时，因样品容器的隔离，避免了损坏测试设备。相比现有双样品法，测量装置通过第一和第二换能器组可自动完成所有测试，而无需再手动更换不同长度的样品进行测试，自动测量装置还可用于对无固定形状的凝胶状物质的超声声学参数进行测量。
附图说明
图1为一种液体的超声声学参数自动测量装置与方法的装置框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明提出了一种液体的超声声学参数自动测量装置与方法，是由控制和处理模块、信号分时发生模块、信号采集模块、第一发送换能模块、第一接收换能模块、第二发送换能模块、第二接收换能模块、样品容器组成。信号分时发生模块、控制和处理模块、信号采集模块、发射换能模块和接收换能模块通过电气连接。样品容器用于装载被测样品，控制和处理模块控制信号分时发生模块向第一发射换能器发送信号，控制和处理模块控制信号采集模块自动采集第一接收换能器所接收到的穿过样品容器的信号，然后控制信号分时发生模块断开第一发射换能器的信号，向第二发射换能器发送信号，信号采集模块再对第二接收换能器的信号进行自动采集，当数据采集完成后，控制和处理模块对采集到的数据进行自动处理。该装置有效的实现了对液体中的超声传播速度和声衰减系数的自动测量。
第一发送换能模块、第一接收换能模块、第二发送换能模块和第二接收换能模块分别固定放置在样品耦合模块的四面，其中第一发送换能模块和第一接收换能模块相对应，第二发送换能模块和第二接收换能模块相对应。控制和处理模块对信号发生模块进行分时控制发射超声信号，避免在样品耦合模块中发生干涉。
样品容器为单面开口的空腔长方体，且壁厚相等，所述样品容器的长和宽应都大于发射换能模块的近场长度。
在进行声速
的测量时，在样品容器内放入被测样品，控制和处理模块使用样品容
器外部的长度d l和宽度d s，以及第一换能模块和第二换能模块分别接收到的超声信号延时t l和t s，通过公式
计算出声速
。
在用于声衰减系数
测试前，需先对纯水作为被测样品进行测试，测试结果作为
自动测量装置的已知参数用于声衰减系数
计算。在样品容器内放入纯水，控制和处理模
块控制信号分时发生模块向第一发射换能器发送信号，控制和处理模块控制信号采集模块
自动采集第一接收换能器所接收到的穿过样品容器的信号，记录此时第一接收换能模块的
信号幅度A l水，然后控制信号分时发生模块断开第一发射换能器的信号，向第二发射换能器
发送信号，信号采集模块记录此时第二接收换能模块的信号幅度A s水。控制与处理模块通过
当前的水温查表确认当前纯水的衰减系数
。控制和处理模块对以上测量和查询结果保
存，在对样品进行声衰减计算时调用。
在进行声衰减系数
测试时，在样品容器内放入被测样品，控制和处理模块控制
信号分时发生模块向第一发射换能器发送信号，控制和处理模块控制信号采集模块自动采
集第一接收换能器所接收到的穿过样品容器的信号，记录此时第一接收换能模块的信号幅
度A l样，然后控制信号分时发生模块断开第一发射换能器的信号，向第二发射换能器发送信
号，信号采集模块记录此时第二接收换能模块的信号幅度A s样。控制和处理模块通过公式
计算得到声衰减系数
。
以上内容仅仅为本发明的结构所作的举例和说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种液体的超声声学参数自动测量装置，其特征在于，包括控制和处理模块、信号分时发生模块、信号采集模块、第一发送换能模块、第一接收换能模块、第二发送换能模块、第二接收换能模块和样品容器；
所述样品容器用于装载被测样品，控制和处理模块控制信号分时发生模块向第一发射换能器发送信号，控制和处理模块控制信号采集模块自动采集第一接收换能器所接收到的穿过样品容器的信号，然后控制信号分时发生模块断开第一发射换能器的信号，向第二发射换能器发送信号，信号采集模块再对第二接收换能器的信号进行自动采集，当数据采集完成后，控制和处理模块对采集到的数据进行自动处理。
2.根据权利要求1所述的液体的超声声学参数自动测量装置，其特征在于，所述第一发送换能模块、第一接收换能模块、第二发送换能模块和第二接收换能模块分别固定放置在样品耦合模块的四面，其中第一发送换能模块和第一接收换能模块相对应，第二发送换能模块和第二接收换能模块相对应。
3.根据权利要求1所述的液体的超声声学参数自动测量装置，其特征在于，所述样品容器为单面开口的空腔长方体，且壁厚相等，所述样品容器的长和宽应都大于发射换能模块的近场长度。
4.一种液体的超声声学参数自动测量方法，其特征在于，基于权利要求1~3任一项所述液体的超声声学参数自动测量装置，在进行声速
的测量时，控制和处理模块获取样品容器外部的长度d l和宽度d s，第一接收换能模块的超声信号延时t l和第二接收换能模块的超声信号延时t s，控制和处理模块通过公式
计算出声速
。
5.根据权利要求4所述的液体的超声声学参数自动测量方法，其特征在于，在进行声衰减系数
测试时，信号采集模块分别记录第一接收换能模块的信号幅度A l样和第二接收换能模块的信号幅度A s样，控制和处理模块通过公式
计算得到声衰减系数
，所述计算公式中A l水为纯水作为被测样品时第一接收换能模块信号幅度，A s水为纯水作为被测样品时第二接收换能模块的信号幅度，
为温度t时纯水的声衰减系数。
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-
2019
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