[实用新型]一种基于声致毛细效应原理的便携式超声波声压测量装置

说明书

本实用新型涉及一种基于声致毛细效应原理的便携式超声波声压测量装置，包括探测部和主体部，探测部包括外套管和毛细管，毛细管设在外套管内，毛细管与外套管的内腔连通，装有不可压缩且已排除气泡的液体；主体部前端设有毛细管插孔，毛细管的底端伸入到主体部的毛细管插孔内，在毛细管插孔的底端设有压电薄膜；主体部内设有单片机。本实用新型通过超声波引起的毛细管口处的泵压，能够测得连续的超声波功率实时变化值，也可直接通过单片机进行数据分析获得该段时间内的超声波功率最大值、最小值以及平均值，在医疗领域和声化学反应领域有非常重要的作用。

技术领域

本实用新型涉及一种超声波声压测量装置，特别涉及一种利用声致毛细效应原理设计的超声波功率即声压的检测装置。

背景技术

目前，各领域对超声波的应用越来越广泛，而超声波功率过高又是其对人体有害的主要原因，检测超声波功率是否在安全阈值内有重要意义。同时，声化学反应器应用较为广泛，但在复杂的声化学环境里超声波功率不可避免会随时间耗散，检测其是否稳定在期望输出值对实验精确度提升也有重要意义。然而，超声波功率常用测量方法如声光效应测声强，其设备过于复杂，需要通过计算机利用复杂的算法对衍射图像进行处理，使用者需要了解丰富的图像处理和计算机相关代码的编写能力，使用门槛较高不易普及，且不确定程度较大。另外一种常用测量仪器水听器，由于其尺寸难以做到比声波波长还小，因此会引起声场畸变，对测量准确度有不可避免的影响，且只能在水中使用。因此，需要一种体积小、灵敏度高、测量方法简便易操作的超声波功率即声压的检测装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于声致毛细效应原理的便携式超声波声压测量装置，包括探测部和主体部，所述的探测部设在主体部前端，探测部包括外套管和毛细管，外套管的底端与主体部固定连接，毛细管设在外套管内，毛细管与外套管的内腔连通，装有不可压缩且已排除气泡的液体；主体部前端设有毛细管插孔，毛细管的底端伸入到主体部的毛细管插孔内，在毛细管插孔的底端设有压电薄膜；主体部内设有单片机，主体部的表面设有按键和显示屏，所述的单片机分别与压电薄膜、按键和显示屏相连；

压电薄膜选用PVDF压电薄膜。

主体部内还设有电源，电源与单片机相连，提供电能；电源包括电池和稳压电路。

外套管顶端设有软膜面。

外套管内设有限位槽，毛细管固定在限位槽内。

本实用新型的工作原理：

本实用新型基于声致毛细效应，即超声波致使流体激荡，从而引起毛细管口处的流体进出管道的损耗能量差产生泵压的现象。超声波在流体中传播时会引起流体在时间和空间上的周期性振动，可使管口处流体高频进出管道。由流体力学可知，水在流入突然缩小的管道与流出管道时，局部阻力不同，损耗的能量不同，流入管道与流出管道的局部阻力，损耗能量的差值产生了超声波泵的泵压。

超声波泵原理：

对毛细管内外的流体均在柱坐标系下分析，将流体微分为筒状微元，请参阅附图3和4所示。

对毛细管管口处流体进行伯努利方程分析，以得到瞬时断面流速与所产生 1-1断面与2-2断面压强差的关系：

其中，P₁为1-1断面处压强，P₂为2-2断面处压强，u₁为1-1断面处即管口的流体瞬时流速，u₂为2-2断面处即管外的流体瞬时流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，a为动能修正系数，为局部阻力，ζ为局部阻力系数；