針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置及測量方法
2023-04-25 11:11:36
專利名稱：針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明涉及的是一種聲速測量裝置，本發明也涉及的是一種聲速測量方法。具體地說是一種針對大尺寸彈性材料的聲速測量的裝置及方法。
背景技術：
彈性體中的聲速體現了其材料的物理特性,對它的討論一直是材料學研究領域的熱點。現有的測量方法多是通過測量材料的楊氏模量或其他彈性係數進而獲得材料聲速。 常用的楊氏模量測量方法有正弦力激勵法，諧振實驗法，自由衰減法等；對於材料的靜態楊氏模量，常採用拉伸法測金屬絲楊氏模量，金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試驗方法，夾層結構或芯子剪切性能試驗方法，夾層結構彎曲性能試驗方法，無色光學玻璃楊氏模量、剪切模量及泊松比測試方法，金屬材料楊氏模量、切變模量及泊松比測量方法等等；以上所提及的各種測量方法大多已形成標準和配套的測量設備，並已被廣泛應用。但上述各種測量方法對待測物體的形狀、大小、硬度等往往有嚴格要求，應用中也需要採用與所選方法配套的測量設備，在使用時均存在不同程度的局限。對材料中聲速的直接測定法，國內外標準均規定採用穿透法測量。通過計算待測材料厚度與到達時間的關係得到聲速。而由於在固體中縱波和橫波的傳播特性不同，穿透法不能同時測量兩類波速，需分別使用縱波換能器和橫波換能器激發不同體波分別測量。 同時穿透法在測量時也只能針對尺寸較小的材料，對於大尺寸材料往往需要切割取樣才能測量，破壞了待測材料的完整性，同時在使用穿透法測量時對於初始點的選擇也有嚴格要求，沈建國(用穿透法測量聲速時初始點的選擇問題，石油地球物理勘探，2003，38 (I))討論了由於穿透法初始點選擇對測量結果的影響。除上述測量方法外，申請號為201010226607. 3的專利文件中公開的技術方案，通過測量彈性板中Iamb波傳播的相速度和頻散方程同時測得固體中的縱、橫波速，但其測量理論複雜，彈性板中的Iamb波測量困難。
發明內容
本發明的目的在於提供一種既能用於聲速測量，也能解決簡單淺海海洋信道中低頻聲傳播研究的實驗室模擬問題的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置。本發明的目的還在於提供一種不破壞待測材料的完整性，可同時得到待測材料中的兩類聲速，節省測量時間的針對大尺寸彈性材料的聲速測量方法。本發明的目的是這樣實現的本發明的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置包括系統控制電腦、可移動走架、 接收水聽器、寬帶高頻發射換能器、移動走架控制器、信號源、功率放大器、數據採集卡、測量放大器；信號源、功率放大器和寬帶高頻發射換能器依次電連接；系統控制電腦、數據採集卡、測量放大器和接收水聽器依次電連接，數據採集卡同步端與信號源同步端電連接；系統控制電腦、移動走架控制器和可移動走架依次電連接；水池四周池壁敷設有高頻吸聲尖劈；待測材料水平放置於水池中的可傾斜支架上，寬帶高頻發射換能器置於待測材料下，接收水聽器置於待測材料上並固定於可移動走架上。所述實驗水池為25mX 2. 5mX 2. 5m的信道水池。所述的接收水聽器是TC4038接收水聽器。所述的數據採集卡是PCI20612數據採集卡。所述的測量放大器是B&K2636測量放大器。基於本發明的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置的測量方法為將待測材料水平放置於水池中的可傾斜支架上，寬帶高頻發射換能器位於待測材料下方，接收水聽器位於待測材料(4)上方；保持高頻發射換能器不動，接收水聽器等間隔移動，隨著寬帶高頻發射換能器與接收水聽器之間距離不斷變化，接收信號到達時間亦隨之不斷改變；取待測材料內部折射縱波與橫波到達接收水聽器的直達波時延變化規律；所述直達波時延變化規律中主要涉及到6個參數，包括寬帶高頻發射換能器聲中心與接收水聽器聲中心起始位置之間水平距離Lsk ;寬帶高頻發射換能器聲中心深度Zs ； 接收水聽器聲中心深度Zk ;待測材料中縱波聲速Cp、橫波聲速Cs ;水中聲速C1 ;用TP(LSK，ZS， ZE, cp, C1)和Te(LSK，Zs, ZE, cs, C1)分別表示縱波和橫波接收信號時延值，結合實測時延值 T1 (Lse, Zs, Ze, cp, C1)和 T2(Lsk，Zs, Ze, cs, C1)構造代價函數
權利要求
1.一種針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置，包括系統控制電腦、可移動走架、接收水聽器、寬帶高頻發射換能器、移動走架控制器、信號源、功率放大器、數據採集卡、測量放大器；其特徵是信號源、功率放大器和寬帶高頻發射換能器依次電連接；系統控制電腦、數據採集卡、測量放大器和接收水聽器依次電連接，數據採集卡同步端與信號源同步端電連接；系統控制電腦、移動走架控制器和可移動走架依次電連接；水池四周池壁敷設有高頻吸聲尖劈；待測材料水平放置於水池中的可傾斜支架上，寬帶高頻發射換能器置於待測材料下，接收水聽器置於待測材料上並固定於可移動走架上。
2.根據權利要求I所述的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置，其特徵是所述實驗水池為25mX2. 5mX2. 5m的信道水池。
3.根據權利要求I或2所述的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置，其特徵是所述的接收水聽器是TC4038接收水聽器。
4.根據權利要求I或2所述的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置，其特徵是所述的數據採集卡是PCI20612數據採集卡。
5.根據權利要求3所述的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置，其特徵是所述的數據採集卡是PCI20612數據採集卡。
6.根據權利要求I或2所述的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置，其特徵是所述的測量放大器是B&K2636測量放大器。
7.根據權利要求3所述的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置，其特徵是所述的測量放大器是B&K2636測量放大器。
8.根據權利要求4所述的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置，其特徵是所述的測量放大器是B&K2636測量放大器。
9.根據權利要求5所述的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置，其特徵是所述的測量放大器是B&K2636測量放大器。
10.一種基於權利要求I所述的針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置的測量方法，其特徵是將待測材料水平放置於水池中的可傾斜支架上，寬帶高頻發射換能器位於待測材料下方，接收水聽器位於待測材料(4)上方；保持高頻發射換能器不動，接收水聽器等間隔移動，隨著寬帶高頻發射換能器與接收水聽器之間距離不斷變化，接收信號到達時間亦隨之不斷改變；取待測材料內部折射縱波與橫波到達接收水聽器的直達波時延變化規律；所述直達波時延變化規律中主要涉及到6個參數，包括寬帶高頻發射換能器聲中心與接收水聽器聲中心起始位置之間水平距離Lsk ;寬帶高頻發射換能器聲中心深度Zs ;接收水聽器聲中心深度Zk ;待測材料中縱波聲速Cp、橫波聲速Cs ;水中聲速C1 ;用TP(LSK，Zs, Ze, cp, C1)和T。(Lse, Zs, Ze, Cs, C1)分別表示縱波和橫波接收信號時延值，結合實測時延值T1 (Lse, Zs, ZE, cp, C1)和 T2(Lsk，Zs, Ze, cs, C1)構造代價函數
全文摘要
本發明提供了一種針對大尺寸彈性材料的聲速測量裝置及測量方法。包括系統控制電腦、可移動走架、接收水聽器、寬帶高頻發射換能器、移動走架控制器、信號源、功率放大器、數據採集卡、測量放大器；信號源、功率放大器和寬帶高頻發射換能器依次電連接；系統控制電腦、數據採集卡、測量放大器和接收水聽器依次電連接，數據採集卡同步端與信號源同步端電連接；系統控制電腦、移動走架控制器和可移動走架依次電連接；待測材料水平放置於水池中的可傾斜支架上，寬帶高頻發射換能器置於待測材料下，接收水聽器置於待測材料上並固定於可移動走架上。本發明的測量裝置，保證了測量結果的準確性。本發明的方法得到的大尺寸彈性材料中的聲速符合實際情況。
文檔編號G01N29/07GK102589673SQ201210010938
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月14日 優先權日2012年1月14日
發明者劉偉, 安旭東, 張海剛, 樸勝春, 王猛, 祝悍皓, 袁冬 申請人:哈爾濱工程大學