寬頻帶聲阻抗測量裝置的製作方法
2023-09-22 21:25:10 1
專利名稱：寬頻帶聲阻抗測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種聲阻抗測量裝置。具體說，是用於測量消聲器、撓性接管和隔聲材料聲阻抗的寬頻帶聲阻抗測量裝置。
背景技術：
消聲器、撓性接管和隔聲材料的聲阻抗，是船舶聲學設計中的一個基本參數，它能客觀地反映聲學元器件和材料的特性。依據聲阻抗，可以對船舶的管路系統和隔聲材料的聲學性能進行定量預報和設計。
聲阻抗分為輸入聲阻抗和傳遞聲阻抗，它們分別定義為Z11=p1V1|V2=0,Z12=p2V1|V2=0]]>式中，p1、p2分別為輸入和輸出聲壓，V1、V2分別為輸入和輸出端體積速度。
傳統的聲阻抗測量裝置如圖1所示，它含有前、後測量腔，該前、後測量腔的口徑相等且均為直筒形狀，即其各點的截面相同。被側元器件或隔聲材料插入同口徑的前、後測量腔之間。前測量腔上端呈密封狀固定有激勵板，該激勵板的厚度和材質根據測量頻率設計而定。激勵板上面安裝有振動測量加速度計，並配置有激振器，激勵板與激振器間接有激振杆；前、後測量腔的腔壁上均有水聽器腔，該兩水聽器腔分別與相應的測量腔連通，每個水聽器腔內均有水聽器。測量時，由激振器通過激振杆作用激勵板後在前測量腔內產生平面聲波，該平面聲波的一部分通過被側元器件或隔聲材料傳入後測量腔。根據管內聲波的傳播原理，可以推導出以下聲阻抗表達式Z11=H~1coskL1-i0c0s1sink(L1-x1)cosk(L1-x1)-iH~1s10c0sinkL1]]>Z12=H~2coskx1coskL2[cosk(L1-x1)-iH~1s10c0sinkL1]cosk(L2-x3)]]>式中 為傳遞函數；L1、L2分別為前、後測量腔的長度；x1、x3分別是水聽器的安裝位置；ρ0、c0分別為水密度和聲速。通過測量激勵板加速度和前、後測量腔水聽器信號的傳遞函數 和 即可計算出被側元器件或隔聲材料的輸入聲阻抗和輸出聲阻抗。
按照聲阻抗的定義，要求被測件後端的質點振速為零，或者聲阻抗趨於無窮大。但實際的聲阻抗測量裝置不可能滿足這一理想條件。實際測量時，要求被測件後端的聲阻抗比聲介質的特徵阻抗大20dB即近似認為滿足測量條件。在後測量腔末端為理想剛性邊界的情況下，被測件後端的聲阻抗為Zb=-i0c0ctgkL2s1]]>由上式可見，後測量腔長度增加(或測量頻率增加)，則被測件後端聲阻抗減小。為滿足上述測量要求，kL2應小於或等於0.1，相應的測量下限頻率由下式決定f0.1c02L2]]>式中，若取後測量腔長度L2為0.05m，則測量上限頻率近似為500Hz。若要求測量頻率提高到1000Hz，則後測量腔的長度只能取0.025m，這樣短的後測量腔，無法安裝水聽器，聲阻抗測量難以實現。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種寬頻帶聲阻抗測量裝置。這種寬頻帶聲阻抗測量裝置，其後測量腔長度較長，可以安裝水聽器，或可以在較高頻率下實現聲阻抗測量。
本實用新型的上述目的由以下技術解決方案實現本實用新型的寬頻帶聲阻抗測量裝置，包括前、後測量腔，前、後測量腔間接有被側件。前測量腔上端有激勵板，激勵板上安裝有測量加速度計。激勵板上部有激振器，激勵板與激振器間接有激振杆。前、後測量腔的腔壁上均有水聽器腔，該兩水聽器腔分別與相應的測量腔連通，每個水聽器腔內均有水聽器。其結構特點是所說的後測量腔是變截面式測量腔。後測量腔的上段直徑大於下段。後測量腔腔壁上的水聽器腔處於後測量腔下段的腔壁上。
採用上述方案，具有以下優點由於本實用新型的寬頻帶聲阻抗測量裝置，其後測量腔是變截面式測量腔，且其上段大於下段。利用變截面管的聲阻抗放大效應來提高被測件後端的聲阻抗，從而擴大了測量頻率範圍、提高了測量精度。
又由於後測量腔是變截面式測量腔，且其上段的直徑大於下段，使得其總長度增長。這樣一來，在同樣頻率範圍和測量精度的要求下，解決了由於後測量腔長度太短而無法安裝水聽器的問題。
圖1是傳統的聲阻抗測量裝置結構示意圖；圖2是本實用新型的寬頻帶聲阻抗測量裝置結構示意圖；圖3是變截面比s2/s1取2以及不同kl1、kl2值時Z′b與Zb之比變化曲線圖；圖4是變截面比s2/s1取3以及不同kl1、kl2值時Z′b與Zb之比變化曲線圖。
具體實施方式
如圖2所示，本實用新型的寬頻帶聲阻抗測量裝置，含有前測量腔6和後測量腔10，該前、後測量腔均為圓筒狀。其中，前測量腔6的兩端均為敞口，後測量腔10的上端敞口、下端呈封閉狀即呈理想剛性邊界。前測量腔6上端固定有激勵板4，該激勵板與前測量腔6上端間通過密封圈5和緊固件13相固連，其上面安裝有測量加速度計3。激勵板4之上有激振器1，該激振器通過激振杆2對激勵板4實施激勵。被側件9設置在前、後測量腔6和10之間，其兩端分別與前測量腔6的下端和後測量腔10的上端相固接。前、後測量腔6和10的腔壁上分別設計有水聽器腔8和11，該兩水聽器腔分別與上、下測量腔6和10連通，其內分別安裝有水聽器7和12。所說的後測量腔10上段大於下段，從而使其形成為變截面式測量腔。其中，後測量腔10腔壁上的水聽器腔11設置在後測量腔10下段的腔壁上。
假設後測量腔10下端為理想的剛性邊界，則經變截面對聲阻抗的放大作用後，被測件9後端的聲阻抗由下式給出Zb=-i0c0s1ctgkl1s2s1-tgkl1tgkl21+s2s1ctgkl1tgkl2]]>式中s1、s2、l1、l2分別為後測量腔10上、下兩段的截面積和長度。圖3和圖4顯示了變截面比s2/s1取2和3及不同kl1、kl2值時被測件9後端的聲阻抗Z′b與Zb比值計算結果。由圖3和圖4可見，在後測量腔10長度一定的情況下，截面的變化可以使Z′b比Zb增加1.5～3倍。這樣一來，在同樣的測量精度要求下，測量頻率就可以提高1.5～3倍。或者說，在同樣的測量頻率範圍內，可以提高測量精度，也可以使原來因後測量腔10太短而無法安裝水聽器12的問題得以實現。
其中，後測量腔10上、下段的長度和截面比的實際選取，根據具體的測量要求確定。當後測量腔10變截面時，其輸入聲阻抗的計算公式不變，傳遞聲阻抗的計算公式為Z12=coskx1[coskl1coskl2-s2s1sinkl1sinkl2]H~2cosk(l2-x3)[cosk(L1-x1)-iH~1s10c0sinkL1]]]>
權利要求1.寬頻帶聲阻抗測量裝置，包括前、後測量腔(6和10)，前、後測量腔(6和10)間接有被側件(9)；前測量腔(6)上端有激勵板(4)，激勵板(4)上安裝有測量加速度計(3)；激勵板(4)上部有激振器(1)，激勵板(4)與激振器(1)間接有激振杆(2)；前、後測量腔(6和10)的腔壁上均有水聽器腔(8或11)，該兩水聽器腔分別與相應的測量腔連通，每個水聽器腔內均有水聽器(7或12)；其特徵在於所說的後測量腔(10)是變截面式測量腔。
2.根據權利要求1所述的寬頻帶聲阻抗測量裝置，其特徵在於後測量腔(10)的上段直徑大於下段。
3.根據權利要求2所述的寬頻帶聲阻抗測量裝置，其特徵在於後測量腔(10)腔壁上的水聽器腔(11)處於後測量腔(10)下段的腔壁上。
專利摘要本實用新型公開一種用於測量消聲器、撓性接管和隔聲材料聲阻抗的寬頻帶聲阻抗測量裝置。它包括前、後測量腔，其中的後測量腔是變截面式測量腔。前、後測量腔間接有被測件。前測量腔上端有激勵板，激勵板上安裝有測量加速度計。激勵板上部有激振器。激勵板與激振器間接有激振杆。前、後測量腔的腔壁上均有水聽器腔，該兩水聽器腔分別與相應的測量腔連通，每個水聽器腔內均有水聽器。這種寬頻帶聲阻抗測量裝置，其後測量腔長度較長，可以安裝水聽器，或可以在較高頻率下實現聲阻抗測量。
文檔編號G01H15/00GK2662214SQ20032012038
公開日2004年12月8日 申請日期2003年12月8日 優先權日2003年12月8日
發明者俞孟薩 申請人:中國船舶重工集團公司第七○二研究所