[发明专利]基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置及方法

说明书

本申请公开了一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置即方法，其中测量装置包括：第一水箱，用于承载液体；波导管，具有输入端和第一输出端、第二输出端；输入端上设置有固液耦合器；固液耦合器位于第一水箱内；超声换能器，位于第一水箱内，与固液耦合器相对设置；信号发生器，与超声换能器连接；第二水箱，用于承载液体，波导管的第一输出端位于第二水箱内；第一水听器，位于第二水箱内的第一输出端内；第三水箱，用于承载液体，波导管的第二输出端位于第三水箱内；第二水听器，位于第三水箱内的第二输出端内。本申请的一个技术效果在于可以较为精确的测量管内介质下的声速变化。

技术领域

本申请属于超声技术领域，具体地说，涉及一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置及方法。

背景技术

随着声学技术的快速发展，测量声学技术在实际随着声学的迅速发展,检测声学在实际应用中也越来越广泛，在探伤、定位、测距、流体测速、无损检测等声学检测领域中声速的测量尤为重要。而其中测量管道中的声速是一件基础但又十分有意义的研究工作。

目前对于波导管中介质声速测量主要采用的原理有驻波共振法、相位比较法和时差法。驻波共振法的测量原理是保持管内液面高度不变，将水听器固定在管内介质中心，上下移动，测量出驻波场内两个相邻波谷或波峰之间的距离d，即可计算出声速c1＝2d×f。相位比较法也是将水听器固定在管内介质中心并上下移动，通过观看示波器上发射和接收的信号波形两次重合时，水听器移动的距离为波长λ，故声速为c2＝λ×f。而时差法是一种简单可靠的测量声速的方法，通过测量一个脉冲波传播一定距离d2所需要的时间t来计算声速：c3＝d2/t。

上述三种方法的优点是原理简单直观，却各自都有缺点：驻波共振法——会因为插入水听器的散射现象引起管内驻波场发生变化导致驻波场场波谷与波谷之间或者波峰与波峰之间位置测量不准，从而影响声速的测量精度。相位比较法也有相同的问题，并且也都存在读数不准的问题，因为难以精确读取水听器移动的距离。时差法——目前时差法大多采用的是回波测量时差法。但也存在一个问题就是当脉冲波碰到管底产生回波开始传输时在碰到任何有缺陷的地方时极易发生模态转换，导致波形变化，而时差法是通过对比发出波和回波相同波形之间的时间。故回波的波形变化会影响到声速的测量精度。

不仅如此，众所周知声速受到诸多因素的影响如:温度条件和压力条件等。所以提出一种新的对管内介质声速测量的装置与方法就具有很重要的价值。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置的新技术方案。

根据本申请的一个方面，本申请提供一种基于亚波长尺度的声波导管管内介质声速测量装置，包括：

第一水箱，用于承载液体；

波导管，具有依次设置的输入端和第一输出端、第二输出端；所述输入端上设置有固液耦合器；所述固液耦合器位于所述第一水箱内；

超声换能器，位于所述第一水箱内，与所述固液耦合器相对设置；

信号发生器，与所述超声换能器连接；

第二水箱，用于承载液体，所述波导管的第一输出端位于所述第二水箱内；

第一水听器，位于所述第二水箱内的所述第一输出端内；

第三水箱，用于承载液体，所述波导管的第二输出端位于所述第三水箱内；

第二水听器，位于所述第三水箱内的所述第二输出端内；

所述第一水听器和所述第二水听器距离所述波导管的主体的距离相同。

可选地，还包括功率放大器，所述超声换能器和所述信号发生器通过所述功率放大器连接。

可选地，还包括示波器，所述示波器分别与所述信号发生器、所述第一水听器以及所述第二水听器连接。