CN210119288U - 一种用于低温低气压的声速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于大气环境中声波测量技术领域，具体涉及一种用于低温低气压的声速测量装置，包括：设置在封闭的低温低压的环模容器(1)内的发射换能器(6)、接收换能器(5)、第一固定支架(3)、第二固定支架(2)和滑轨(4)；设置在封闭的低温低压的环模容器(1)外的信号发生器和信号接收器；以及设置在上位机的数据处理模块；所述滑轨(4)水平放置，滑轨(4)的两端分别设有第一固定支架(3)和第二固定支架(2)，第一固定支架(3)上安装发射换能器(6)，第二固定支架(2)上安装接收换能器(5)；所述数据处理模块根据发射换能器与接收换能器之间的距离以及声信号在发射换能器与接收换能器之间的时间差，计算声速。
Description
技术领域
本实用新型属于大气环境、高空以及临近空间环境中声波测量技术领域，特别涉及一种用于低温低气压的声速测量装置。
背景技术
地球上的自然灾害如地震、海啸、台风等都会产生声波，这些声信号中携带着大量的信息。对这些声信号探测能够提升对物理规律的认知深度，尤其是能够为地震、风暴、太阳风暴等自然灾害的观测及预报提供重要支撑。然而，这些声信号大部分处在地球上空的大气环境中，而高空大气的空气极为稀薄，体成分以氮气为主。随着高度的增加，由于其中的热量只能来自于臭氧层吸收太阳紫外线的辐射，因而，其温度要比地球表面低很多。因此，高空大气是一个在-80℃-20℃，且气压小于6000Pa的低温、低压并且以氮气气体为主的环境。理论上只要存在气体介质就会有声波的传播。环境发生变化，声波的传播性质也会改变。因此，在低温低气压氮气气体环境中的声速也会发生变化。
目前，在环境模拟容器中，模拟高空大气的低温低气压环境，进行声速的测量。声速的测量方法有多种，主要包括时差法、相位比较法、驻波干涉、共振声谱法等。但是，由于现有的声速测量方法中需要动态调节气压与温度，不能频繁的打开环模容器，并对其进行更改，因此，相对局限。同时，实验环境特殊导致接收到的信号信噪比较低，处理实验数据也相对困难。因此，现有的相位比较法在测量过程中，受人类视觉以及示波器显示的限制，导致结果精确度不高。共振声谱法需要设置共振腔体，多用于测量液体中的声速。相位比较法需要不断改变发射信号和接收信号之间的距离，而低温低气压的环境模拟容器不允许这样操作。目前，国内尚未实现在低温低气压氮气气体中的声速测量实验。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，为解决现有的测量方法存在的上述缺陷，本实用新型提出了一种用于低温低气压的声速测量装置，利用环模容器设置环境条件，在-80℃-20℃，且气压小于6000Pa的低温、低气压环境下以及气体成分为氮气的环境中进行测量，实现测量声速的目的。
为了实现上述目的，本实用新型提出了一种用于低温低气压的声速测量装置，该装置包括：设置在封闭的低温低压的环模容器内的发射换能器、接收换能器、第一固定支架、第二固定支架和滑轨；设置在封闭的低温低压的环模容器外的信号发生器和信号接收器；以及设置在上位机的数据处理模块；
所述滑轨水平放置，滑轨的两端分别设有第一固定支架和第二固定支架，第一固定支架上安装发射换能器，第二固定支架上安装接收换能器；
所述信号发生器产生触发信号，并将该触发信号传至发射换能器；将该触发信号转换为声信号，并将该声信号传至接收换能器；所述接收换能器接收该声信号，并将该声信号传至信号接收器；所述数据处理模块根据发射换能器与接收换能器之间的距离以及声信号在发射换能器与接收换能器之间的时间差，计算声速。
作为上述技术方案的改进之一，所述环模容器为封闭式容器，用于提供低温低气压的大气环境；其中，所述低温为-80℃-20℃；所述低气压为小于6000Pa。
作为上述技术方案的改进之一，所述发射换能器与接收换能器相对水平放置，二者之间的距离为0.15-0.25m。
本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：
本实用新型的测量装置，针对在-80～0℃的低温环境、气压小于6000Pa的低压环境以及气体成分为氮气的大气环境中测量声速，为大气空间的声探测提供基础，促进人们对大气环境的认识。
附图说明
图1是本实用新型的一种用于低温低气压的声速测量装置的结构示意图。
附图标记：
1、环模容器 2、第一固定支架
3、第二固定支架 4、滑轨
5、接收换能器 6、发射换能器
具体实施方式
现结合附图对本实用新型作进一步的描述。
临近空间空气稀薄，随着海拔升高气压逐渐变低，20km以上气压小于6000Pa。同时，温度也比地球表面要低的多，温度一般在-80～0℃之间，气体成分以氮气为主。在这样一个极端低压低温的环境下，声波的传播特性与地球表面可能存在差异。本实用新型的测量装置应用在临近空间的模拟大气环境下，具体的临近空间的模拟大气环境条件如上所述。
如图1所示，本实用新型提出了一种用于低温低气压的声速测量装置，该测量装置该装置包括：设置在封闭的低温低压的环模容器1内的发射换能器6、接收换能器5、第一固定支架3、第二固定支架2和滑轨4；设置在封闭的低温低压的环模容器1外的信号发生器和信号接收器；以及设置在上位机的数据处理模块；
滑轨4水平放置，滑轨4的两端分别设有第一固定支架3和第二固定支架2，第一固定支架3上安装发射换能器6，第二固定支架2上安装接收换能器5；
所述环模容器，用于提供低温低气压的大气环境；其中，所述低温为-80℃-20℃；所述低气压为小于6000Pa。所述大气环境包括气体成分、温度和气压参数。其中，所述环模容器中充满空气或氮气；环模容器内预先设定温度值，不断调节气压，用于获得不同的大气环境。
所述发射换能器与接收换能器相对水平放置，二者之间的距离为0.15-0.25m。
所述信号发生器产生触发信号，并将该触发信号传至发射换能器6；将该触发信号转换为声信号，并将该声信号传至接收换能器5；所述接收换能器5接收该声信号，并将该声信号传至信号接收器；所述数据处理模块根据发射换能器与接收换能器之间的距离以及声信号在发射换能器与接收换能器之间的时间差，计算声速。
所述信号发射器为HP33120A型信号发生器；
所述信号接收器为泰克DPO3032型示波器；
在数据处理模块中，通过接收换能器接收信号数据，通过互相关方法，根据接收换能器接收的数据源包中的直达波与二次回波之间相差的采样点数和已知的采样频率，即采样点数/采样频率，获得声信号在发射换能器与接收换能器之间的时间差，也就是直达波与二次回波的延时；再根据发射换能器与接收换能器之间的距离以及声信号在发射换能器与接收换能器之间的时间差，计算声速。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种用于低温低气压的声速测量装置，其特征在于，该装置包括：设置在封闭的低温低压的环模容器(1)内的发射换能器(6)、接收换能器(5)、第一固定支架(3)、第二固定支架(2)和滑轨(4)；设置在封闭的低温低压的环模容器(1)外的信号发生器和信号接收器；以及设置在上位机的数据处理模块；
所述滑轨(4)水平放置，滑轨(4)的两端分别设有第一固定支架(3)和第二固定支架(2)，第一固定支架(3)上安装发射换能器(6)，第二固定支架(2)上安装接收换能器(5)；
所述信号发生器产生触发信号，并将该触发信号传至发射换能器(6)；将该触发信号转换为声信号，并将该声信号传至接收换能器(5)；所述接收换能器(5)接收该声信号，并将该声信号传至信号接收器；所述数据处理模块根据发射换能器与接收换能器之间的距离以及声信号在发射换能器与接收换能器之间的时间差，计算声速。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环模容器(1)，用于提供低温低气压的大气环境；其中，所述低温为-80℃-20℃；所述低气压为小于6000Pa。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射换能器(6)与接收换能器(5)相对水平放置，二者之间的距离为0.15-0.25m。
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Cited By (2)
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| CN110231084A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-13 | 中国科学院声学研究所 | 一种用于低温低气压的声速测量装置及方法 |
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