超声波在浑水中衰减规律的试验研究

摘要

超声波在浑水中传播时强度的衰减决定于声波的扩散、散射和吸收，在清水中传播时强度的衰减主要为吸收衰减，而吸收衰减主要有粘滞性吸收和热传导吸收，在浑水中传播时强度的衰减除了有吸收衰减外，还多了散射衰减。影响超声波在浑水中强度的衰减主要因素有声波行程、水温，还有含沙量（泥沙颗粒含量）。对每个影响超声波强度的衰减主要因素进行了大量试验，根据试验数据进行了详细分析并得出验证了一些衰减规律。
　　声波行程试验表明:超声波在清水中衰减规律符合声衰减原理，呈负指数关系;温度试验表明:在声波行程固定情况下，超声波在清水中衰减规律呈二项多项式，并呈现出三种情况，针对前两种情况进行了进一步的试验解释;含沙量试验表明:超声波在浑水中的衰减规律符合声衰减原理，也呈负指数关系，并得出泥沙颗粒越大，超声波强度的衰减也越大。论文的主要研究成果如下:
　　1、超声波在清水中衰减规律的试验结果表明:超声波属于机械波，像水波一样，超声波在清水中的衰减是由于水的摩擦阻力使超声波的强度逐步衰减的。超声波在清水中随着声波行程的增大其强度逐步衰减，六组重复试验数据说明超声波在清水中的衰减规律是显著的。从试验数据可以看出，声波行程在60-140cm范围内强度的衰减程度较大，其平均强度的衰减为275mV/m，而在大于140cm后强度的衰减程度较小，其平均强度的衰减为76.2mV/m，当声波行程增加到434cm时超声波强度将衰减至1mV。
　　2、温度对超声波在清水中衰减规律影响的试验结果表明:温度对超声波在清水中强度的衰减有一定影响。两次试验分别在二月份和四月份完成，温度相差8℃，对比两次试验结果可以得出，超声波在清水中的衰减规律有明显的不同，而且有明显的分界点，说明温度的变化对超声波在清水中强度的衰减影响是明显的。
　　3、温度对超声波衰减规律影响试验结果分析表明:在声波行程不变的情况下，在5℃-25℃范围内强度的衰减与温度呈二次关系。根据试验结果可将强度的衰减与温度的二次关系大致分为三种情况:Ⅰ、单调增加;Ⅱ、单调下降;Ⅲ、单峰。当超声波换能器换能效率β2的增长率大于e(-108*(α))的增长率时，相乘后超声波的强度随着温度的升高而增大;而当超声波换能器换能效率β2的增长率小于e(-108*α)的增长率时，相乘后超声波的强度随着温度的升高而减小。解释了强度的衰减与温度呈二次关系出现的情况:Ⅰ、单调增加;Ⅱ、单调下降。
　　4、温度对超声波在清水中衰减规律影响的进一步试验结果表明:在声波行程固定情况下，温度范围在10-22℃内，衰减系数与温度是线性关系，衰减系数随着温度的升高而增大;换能效率与温度是二次多项式关系，换能效率随着温度的升高而增大。
　　5、超声波在浑水中衰减规律的试验结果表明:超声波在浑水中传播时，由于多了泥沙的作用，声波行程固定情况下超声波强度的衰减程度明显大于清水中，其强度的衰减也符合声学原理衰减公式;在相同含沙量情况下，泥沙颗粒越大（泾河泥沙颗粒比千河泥沙颗粒小）在声波行程固定下超声波强度的衰减也越大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的主要目的及意义

1．2 研究的现状及应用

1．2．1 超声波在浑水中衰减规律的研究现状

1．2．2 超声波测验应用

1．3 超声波测验在应用中存在的主要问题

1．4 课题的研究内容及研究方法

1．4．1 课题的研究内容

1．4．2 研究方法及技术路线

2 超声波在清水中衰减规律的试验研究

2．1 试验研究内容

2．2 试验系统设计、制作及验证

2．2．1 试验装置材料

2．2．2 试验装置系统

2．3 试验

2．3．1 试验过程

2．3．2 试验成果

2．4 相同声波行程下温度对其影响

2．5 本章小结

3 水温对超声波在清水中衰减规律影响研究

3．1 试验研究内容

3．2 试验系统设计、制作及过程

3．2．1 温度对超声波衰减规律影响试验

3．2．2 温度对超声波强度衰减系数、换能效率试验

3．3 试验结果

3．3．1 温度对超声波衰减规律影响试验结果

3．3．2 温度对衰减系数、换能效率规律影响试验结果

3．4 本章小结

4 超声波在浑水中衰减规律的试验研究

4．1 试验研究内容

4．2 试验系统设计、制作及验证

4．2．1 试验装置材料

4．2．2 试验装置系统

4．2．3 试验设计

4．3 试验

4．3．1 试验过程

4．3．2 试验结果

4．4 本章小结

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

致谢

参考文献

附录