CN219758152U - 一种水中材料声速的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水中材料声速的测试装置，包括消声水池、测试框组件、信号发生器、信号放大器和示波器，所述测试框组件一端连接信号发生器、另一端连接信号放大器，信号发生器和信号放大器同时与示波器连接，测试框组件中可拆卸的安装有被测料块，测试框组件没入消声水池中，信号发生器同时向示波器和测试框组件发出初始脉冲信号，测试框组件将初始脉冲信号转换为声波，声波穿透被测料块后，再次转换成测试脉冲信号，测试脉冲信号经信号放大器放大后，传输到示波器；本实用新型能够在不改变声程的情况下，精准测量声音通过待测试的材料介质的声速。
Description
技术领域
本实用新型属于材料性能测试领域，具体涉及一种水中材料声速的测试装置。
背景技术
声波是在弹性媒质中传播的机械波，是描述波在媒质中传播特性的基本物理量。它与媒质的性质及状态有关，因此测定声速就可以了解被测媒质的性质、状态及其变化。测试材料声速的方法主要有时差法（脉冲波法）、共振干涉法（驻波法）和相位法，这些方法测量在空气中材料介质的声速都相对精准，但是在水中，声音的传播是有一定程度的衰减的，因此采用一般方法测量存在误差较大的问题。为了更加精准的对材料介质进行测量，需要对测量方法进行改进，以提高水介质中进行材料声速测量的精确度。
发明内容
针对上述问题和技术需求，本实用新型提供一种水中材料声速的测试装置，能够在不改变声程的情况下，精准测量声音通过待测试的材料介质的声速，包含材料在水中的耦合损耗。
本实用新型的技术方案如下：一种水中材料声速的测试装置，包括消声水池、测试框组件、信号发生器、信号放大器和示波器，所述测试框组件一端连接信号发生器、另一端连接信号放大器，信号发生器和信号放大器同时与示波器连接，测试框组件中可拆卸的安装有被测料块，测试框组件没入消声水池中，信号发生器同时向示波器和测试框组件发出初始脉冲信号，测试框组件将初始脉冲信号转换为声波，声波穿透被测料块后，再次转换成测试脉冲信号，测试脉冲信号经信号放大器放大后，传输到示波器。
进一步的，所述测试框组件包括测试框、插槽、发射换能器和接收换能器，测试框为矩形框体，测试框中部设有插槽，被测料块装入插槽中锁紧，发射换能器和接收换能器对应安装在测试框的左、右内壁上，发射换能器和接收换能器对准中部的被测料块。
进一步的，所述测试框的前、后内壁上各设有一个凸出的插槽，被测料块的两侧边从上往下插入两个插槽中，测试框的前、后外壁上各设有一个紧固螺栓，紧固螺栓能旋入插槽内，将被测料块卡紧。
进一步的，所述测试框顶面的四角处分别设有一个吊环，测试框组件被吊放入消声水池中。
进一步的，所述测试框的制造材料为铝材。
进一步的，所述发射换能器和接收换能器的尾端设有线缆，线缆穿出测试框的左右侧壁，分别连接到信号发生器和信号放大器中。
进一步的，所述发射换能器和接收换能器均通过螺丝与测试框可拆卸连接。
进一步的，所述发射换能器和接收换能器均为压电陶瓷超声换能器。
本实用新型的有益效果：本实用新型能在不改变声程的情况下，对被测料块进行声速的测算，示波器同时接收初始脉冲信号和测试脉冲信号，测算出信号的时间差t；设置测试框空载和测试框安装了被测料块这两组对比试验，得到空载时的时间差t1和装有被测料块时的时间差t2，计算出声波在介质中的传播时延t3=t2-t1，根据声速公式介质在水中的声速V=材料厚度T/（材料厚度T/水声速V0+传播时延t3），能精确测出材料在水中的声速。利用本装置能快速又精准的测出材料在水中的声速，对水声换能器仿真及计算有很大的帮助，有助于减少研发周期和探索新材料来提升性能。
附图说明
图1为本实用新型水介质中材料声速的测试装置的连接原理图；
图2为本实用新型中测试框组件的立体图结构；
图3为本实用新型中测试框组件的俯视图结构；
图中标记为：消声水池1、测试框组件2、测试框21、插槽22、发射换能器23、接收换能器24、紧固螺栓25、吊环26、线缆27、信号发生器3、信号放大器4、示波器5、被测料块6。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
如图1-3所示为本实用新型水介质中材料声速的测试装置，包括消声水池1、测试框组件2、信号发生器3、信号放大器4和示波器5，所述测试框组件2一端连接信号发生器3、另一端连接信号放大器4，信号发生器3和信号放大器4同时与示波器5连接，测试框组件2中可拆卸的安装有被测料块6。
所述测试框组件2包括测试框21、插槽22、发射换能器23和接收换能器24，测试框21为矩形框体，测试框21中部设有插槽22，被测料块6装入插槽22中锁紧，发射换能器23和接收换能器24对应安装在测试框21的左、右内壁上，发射换能器23和接收换能器24对准中部的被测料块6。
所述测试框21的制造材料为铝材，测试框21顶面的四角处分别设有一个吊环26，测试框组件2被吊放入消声水池1中。
所述发射换能器23和接收换能器24均为压电陶瓷超声换能器，发射换能器23和接收换能器24均通过螺丝与测试框21可拆卸连接，所述发射换能器23和接收换能器24的尾端设有线缆27，线缆27穿出测试框21的左右侧壁，分别连接到信号发生器3和信号放大器4中。
所述测试框21的前、后内壁上各设有一个凸出的插槽22，被测料块6的两侧边从上往下插入两个插槽22中，测试框21的前、后外壁上各设有一个紧固螺栓25，紧固螺栓25能旋入插槽22内，将被测料块6卡紧。
通过吊环26将测试框组件2没入消声水池1中，信号发生器3同时向示波器5和测试框组件2发出初始脉冲信号，发射换能器23将初始脉冲信号转换为声波发出，声波穿透被测料块6后，被接收换能器24接收，接收换能器24再次将声波转换成测试脉冲信号，测试脉冲信号经信号放大器4放大后，传输到示波器5，通过示波器5能读出声波在测试框21中通过的时间t。
本测试装置的声速测试过程：
1、将发射换能器23和接收换能器24分别固定在测试框21的两侧，发射换能器23连接信号发生器3，信号发生器3连接示波器5；接收换能器24连接信号放大器4，信号放大器4连接到示波器5上；
2、通过测试框21顶部吊环26，将测试框21吊入消声水池1中，使发射换能器23和接收换能器24充分浸润；
3、信号发生器3发出初始脉冲信号，示波器5接收到初始脉冲信号，稍后示波器5接收到测试脉冲信号，读出两个信号之间的时间差记为t1，t1为空载时间差；
4、将被测料块6插入插槽22中，紧固螺栓25锁紧被测料块6，调整示波器5显示范围；
5、信号发生器3再次发出初始脉冲信号，示波器5接收到初始脉冲信号，稍后示波器5接收到测试脉冲信号，读出两个信号之间的时间差记为t2，t2为装入被测料块6的时间差；
6、计算出声波在被测料块6中的传播时间延迟t3=t2-t1；
7、根据以下公式，得出被测介质在水中的声速V：
V=材料厚度T/（材料厚度T/水声速V0+传播时延t3）
由于水中的声速随水温而波动，一般而言，水温越高，声速越大。例如水温为15℃时，V0为1465m/s，在计算时，可根据消声水池中的水温，确定实际的V0值，得到更精确的测算结果。
以上所述，仅为本实用新型较佳的几个实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种水中材料声速的测试装置，其特征在于：包括消声水池、测试框组件、信号发生器、信号放大器和示波器，所述测试框组件一端连接信号发生器、另一端连接信号放大器，信号发生器和信号放大器同时与示波器连接，测试框组件中可拆卸的安装有被测料块，测试框组件没入消声水池中，信号发生器同时向示波器和测试框组件发出初始脉冲信号，测试框组件将初始脉冲信号转换为声波，声波穿透被测料块后，再次转换成测试脉冲信号，测试脉冲信号经信号放大器放大后，传输到示波器。
2.根据权利要求1所述的一种水中材料声速的测试装置，其特征在于：所述测试框组件包括测试框、插槽、发射换能器和接收换能器，测试框为矩形框体，测试框中部设有插槽，被测料块装入插槽中锁紧，发射换能器和接收换能器对应安装在测试框的左、右内壁上，发射换能器和接收换能器对准中部的被测料块。
3.根据权利要求2所述的一种水中材料声速的测试装置，其特征在于：所述测试框的前、后内壁上各设有一个凸出的插槽，被测料块的两侧边从上往下插入两个插槽中，测试框的前、后外壁上各设有一个紧固螺栓，紧固螺栓能旋入插槽内，将被测料块卡紧。
4.根据权利要求2所述的一种水中材料声速的测试装置，其特征在于：所述测试框顶面的四角处分别设有一个吊环，测试框组件被吊放入消声水池中。
5.根据权利要求2所述的一种水中材料声速的测试装置，其特征在于：所述测试框的制造材料为铝材。
6.根据权利要求2所述的一种水中材料声速的测试装置，其特征在于：所述发射换能器和接收换能器的尾端设有线缆，线缆穿出测试框的左右侧壁，分别连接到信号发生器和信号放大器中。
7.根据权利要求2所述的一种水中材料声速的测试装置，其特征在于：所述发射换能器和接收换能器均通过螺丝与测试框可拆卸连接。
8.根据权利要求2所述的一种水中材料声速的测试装置，其特征在于：所述发射换能器和接收换能器均为压电陶瓷超声换能器。
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