法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-02-21
授权
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2019-04-16
实质审查的生效 IPC(主分类):G01H17/00 申请日:20181120
实质审查的生效
2019-03-22
公开
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技术领域
本发明属于声场测定技术领域，具体涉及一种超常条件下液体介质内声场测定方法。
背景技术
一方面，振动在金属凝固领域中的应用研究引起了人们的广泛重视，振动凝固是对凝固过程中的金属液施加振动，使铸件结晶组织因受振动而细化，铸件残余应力降低并均匀化，力学性能提高；另一方面，将振动施加于化学反应中，用于调控化学反应过程，也引起了人们的广泛重视。
在上述金属凝固过程和化学反应过程中，声场强度大小和分布决定了振动施加的效果，是非常关键的参数。但是目前人们只是以施加振动所消耗的电功率来定性判断施加振动的强弱。对液体中实际导入的振动能量大小和分布无法精确表征。这就导致了无法定量的分析所施加在液体中的振动本征特性与产生的对金属凝固过程或化学反应过程的影响效果之间的直接关系，严重制约了振动凝固和振动调控化学反应技术的发展。
目前，存在的主要困难是振动凝固中的熔体一般具有高温环境(如铝合金熔点600℃以上，铜合金熔点1000℃以上，钢铁达到了1400℃)，化学反应过程通常具有腐蚀性环境，这样的高温环境和腐蚀性环境都属于超常条件。目前的声场测定方法尚无法适用于超常条件下的液体介质。目前的液体内部声场测试方法，主要有三大类：1.直接测量法，2.间接测量法，3.全息化技术测量法。其中，直接测量法可以有效的定量实时测量声场信息，其主要实现手段有：
(1)水听器法：该方法就是将液体中的声压信号通过直接插入液体的水听器转换为电信号。水听器按照作用原理可分为压电水听器、磁致伸缩水听器和光纤水听器。一般最常用的是压电式水听器，其工作原理为压电效应。该方法适合测量高强度超声场，但是由于压电原件结构设计上的难度，以及仪器自身原因使得用该方法测得的数据与理论值会有一定偏差。
(2)热敏测量法：在吸收材料(例如蓖麻油、聚乙烯、硅橡胶等)中置入热电转换元件(热敏电阻或者热电偶)，然后将其放入声场中，声能在吸收材料中转换为热能，于是可以通过测量热敏电阻的阻值变化或热电偶的输出电压，从而得到所要测得相对声压值。该方法不受空化影响，对电干扰不灵敏。
但是，上述的直接测量方法，均只适合于常温、中低温或者无腐蚀待测环境中声场的检测，在高温、腐蚀环境等超常条件下，都会造成放置于液体中的传感部分失效或者损坏，还无法稳定可靠地实现超常条件下液体介质内声场测定，而且，现有技术中，还缺乏合适的能够对水听器输出的电信号进行衰减补偿的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超常条件下液体介质内声场测定方法，其方法步骤简单，实现方便，能够方便地检测超常条件下液体介质内的声信号，且通过对水听器输出的电信号进行衰减补偿，提高了检测的准确性和自适应性，解决了现有技术中的测量方法无法在超常条件下液体介质内检测声信号及检测准确度不够高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超常条件下液体介质内声场测定方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用浸入超常条件液体介质内的波导杆将超常条件液体介质中的声场信息传导到声波耦合剂中；
步骤二、采用水听器采集声波耦合剂中的声场信息，转换为电信号并传输给数据采集处理系统；
步骤三、数据采集处理系统对水听器输出的电信号进行处理，得到超常条件液体介质内的声场信息。
上述的一种超常条件下液体介质内声场测定方法，步骤三中所述数据采集处理系统对水听器输出的电信号进行处理，得到超常条件液体介质内的声场信息的具体过程为：
步骤301、所述数据采集处理系统对水听器输出的电信号进行傅里叶变换处理，得到声场能量的频域分布F1、F2、…、FN，其中Fn为对应频率fn处的声场能量，n的取值为1～N，N为发射声源发射频率的总个数且N为大于1的正整数；
步骤302、所述数据采集处理系统使用与频率有关的传递函数分别对频率f1、f2、…、fN处的声场能量F1、F2、…、FN进行衰减补偿，得到衰减补偿后频率f1、f2、…、fN处的声场能量F′1、F′2、…、F′N；
步骤303、所述数据采集处理系统对衰减补偿后频率f1、f2、…、fN处的声场能量F′1、F′2、…、F′N进行记录。
上述的一种超常条件下液体介质内声场测定方法，步骤302中所述使用与频率有关的传递函数分别对频率f1、f2、…、fN处的声场能量F1、F2、…、FN进行衰减补偿时，与频率fn有关的传递函数为H(fn)，对频率fn处的声场能量Fn进行衰减补偿采用的公式为F′n＝Fn+H(fn)。
上述的一种超常条件下液体介质内声场测定方法，所述与频率fn有关的传递函数H(fn)用公式表示为：
H(fn)＝kn*δ(fn)+αn,m*δ(Cm)+γ
其中，δ为狄拉克德尔塔函数，kn为对应于频率fn的能量衰减绝对值，αn,m为对应于频率fn的与温度Cm有关的修正值，Cm为与声波耦合剂的温度相对应的确定传递函数H(fn)时设定的第m个水温值，γ为与波导杆的材质有关的声衰减修正值。
上述的一种超常条件下液体介质内声场测定方法，所述与频率fn有关的传递函数H(fn)的确定方法为：
步骤3021、在消声水池或广阔水域中，使用标准发射声源、测量级标准水听器和用于实现声场测定方法的声场测定系统构建标定系统，其中，测量级标准水听器和用于实现声场测定方法的声场测定系统布放于以标准发射声源为圆心、半径为1米的圆周上；
步骤3022、标准发射声源分别发射频率为f1、f2、…、fN的正弦波声信号，分别记录测量级标准水听器与声场测定系统的输出，将对应于频率fn的声场测定系统的输出与测量级标准水听器的输出之间的差值的绝对值记为kn；且在频率f1、f2、…、fN上，分别测量水温C1、C2、…、CM下测量级标准水听器与声场测定系统的输出，将对应于频率fn和水温Cm的声场测定系统的输出与测量级标准水听器的输出之间的差值记为αn,m；m的取值为1～M，M为设定的水温的总个数且M为大于1的正整数；
步骤3023、采用比较法对声场测定系统进行标定，得到与频率fn有关的传递函数H(fn)＝kn*δ(fn)+αn,m*δ(Cm)+γ。
上述的一种超常条件下液体介质内声场测定方法，所述水听器和波导杆通过耦合剂套筒连接为一体，所述耦合剂套筒的上部套装在水听器上，所述耦合剂套筒的下部套装在波导杆上，所述耦合剂套筒的中部空间为耦合剂腔，所述耦合剂腔内填充有声波耦合剂，所述水听器的感应元件设置在声波耦合剂中，所述水听器的电信号输出端与所述数据采集处理系统的输入端连接；所述信号采集卡的输入端接有设置在声波耦合剂内且用于对声波耦合剂内的温度进行实时检测的温度传感器；步骤三中所述数据采集处理系统对水听器输出的电信号进行处理时，信号放大器对水听器输出的电信号进行放大后传输给信号采集卡，再传输给计算机，计算机对经过信号放大器放大后的电信号进行处理，得到超常条件液体介质内的声场信息。
上述的一种超常条件下液体介质内声场测定方法，所述数据采集处理系统包括依次连接的信号放大器、信号采集卡和计算机，所述水听器的电信号输出端与信号放大器的输入端连接。
上述的一种超常条件下液体介质内声场测定方法，所述波导杆由耐高温耐腐蚀材料制成。
上述的一种超常条件下液体介质内声场测定方法，所述声波耦合剂为胶状声波耦合剂、油性声波耦合剂或水性声波耦合剂。
上述的一种超常条件下液体介质内声场测定方法，所述耦合剂套筒上部内壁与水听器外壁之间设置有第一密封圈，所述耦合剂套筒下部内壁与波导杆外壁之间设置有第二密封圈。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的方法步骤简单，实现方便，能够方便地检测超常条件下液体介质内的声信号，且通过对水听器输出的电信号进行衰减补偿，提高了检测的准确性和自适应性，解决了现有技术中的测量方法无法在超常条件下液体介质内检测声信号及检测准确度不够高的问题。
2、本发明的声信号传感器通过采用耦合剂套筒连接波导杆和水听器，能够使用耐高温耐腐蚀波导杆将待检测超常条件液体介质中的声信号导入声波耦合剂中，在信号传导的同时，实现了高温以及腐蚀性环境的隔离；在常温、无腐蚀性的声波耦合剂中，声信号最终由常规水听器进行采集，获取声波测量数据，解决了现有技术无法稳定可靠地实现超常条件下液体介质内声场测定的问题。
3、本发明通过在耦合剂套筒上部内壁与水听器外壁之间设置第一密封圈，通过在耦合剂套筒下部内壁与波导杆外壁之间设置第二密封圈，能够有效防止声波耦合剂泄露，不仅能够保证声信号检测传感器的检测精度，还能避免对被测液态介质造成污染。
综上所述，本发明的方法步骤简单，实现方便，能够方便地检测超常条件下液体介质内的声信号，且通过对水听器输出的电信号进行衰减补偿，提高了检测的准确性和自适应性，解决了现有技术中的测量方法无法在超常条件下液体介质内检测声信号及检测准确度不够高的问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
图2为本发明采用的声场测定系统进行超常条件下液体介质内声场测定时的结构示意图。
附图标记说明:
1—超常条件液体介质；2—波导杆； 3—耦合剂套筒；
4—声波耦合剂；5—水听器； 5-1—感应元件；
6—计算机；7—耦合剂腔； 8—液态介质容器；
9—第一密封圈；10—第二密封圈；11—信号放大器；
12—信号采集卡； 13—温度传感器。
具体实施方式
如图1所示，本发明的超常条件下液体介质内声场测定方法，包括以下步骤：
步骤一、采用浸入超常条件液体介质1内的波导杆2将超常条件液体介质1中的声场信息传导到声波耦合剂4中；
具体实施时，所述超常条件液体介质1为高温液体介质或腐蚀性液体介质。所述高温液体介质的温度范围为300℃～2000℃。
步骤二、采用水听器5采集声波耦合剂4中的声场信息，转换为电信号并传输给数据采集处理系统；
步骤三、数据采集处理系统对水听器5输出的电信号进行处理，得到超常条件液体介质1内的声场信息。
通过记录的超常条件液体介质1内的声场信息，能够用于定量分析所施加在超常条件液体介质1中的振动本征特性与产生的对金属凝固过程或化学反应过程的影响效果之间的直接关系等。
本实施例中，步骤三中所述数据采集处理系统对水听器5输出的电信号进行处理，得到超常条件液体介质1内的声场信息的具体过程为：
步骤301、所述数据采集处理系统对水听器5输出的电信号进行傅里叶变换处理，得到声场能量的频域分布F1、F2、…、FN，其中Fn为对应频率fn处的声场能量，n的取值为1～N，N为发射声源发射频率的总个数且N为大于1的正整数；
步骤302、所述数据采集处理系统使用与频率有关的传递函数分别对频率f1、f2、…、fN处的声场能量F1、F2、…、FN进行衰减补偿，得到衰减补偿后频率f1、f2、…、fN处的声场能量F′1、F′2、…、F′N；
步骤303、所述数据采集处理系统对衰减补偿后频率f1、f2、…、fN处的声场能量F′1、F′2、…、F′N进行记录。
本实施例中，步骤302中所述使用与频率有关的传递函数分别对频率f1、f2、…、fN处的声场能量F1、F2、…、FN进行衰减补偿时，与频率fn有关的传递函数为H(fn)，对频率fn处的声场能量Fn进行衰减补偿采用的公式为F′n＝Fn+H(fn)。
本实施例中，所述与频率fn有关的传递函数H(fn)用公式表示为：
H(fn)＝kn*δ(fn)+αn,m*δ(Cm)+γ
其中，δ为狄拉克德尔塔函数，kn为对应于频率fn的能量衰减绝对值，αn,m为对应于频率fn的与温度Cm有关的修正值，Cm为与声波耦合剂4的温度相对应的确定传递函数H(fn)时设定的第m个水温值，γ为与波导杆2的材质有关的声衰减修正值。
具体实施时，声波耦合剂4的温度由设置在声波耦合剂4内的温度传感器13检测得到，Cm为与温度传感器13检测到的声波耦合剂4的温度最接近的水温值。
本实施例中，所述与频率fn有关的传递函数H(fn)的确定方法为：
步骤3021、在消声水池或广阔水域中，使用标准发射声源、测量级标准水听器和用于实现声场测定方法的声场测定系统构建标定系统，其中，测量级标准水听器和用于实现声场测定方法的声场测定系统布放于以标准发射声源为圆心、半径为1米的圆周上；
步骤3022、标准发射声源分别发射频率为f1、f2、…、fN的正弦波声信号，分别记录测量级标准水听器与声场测定系统的输出，将对应于频率fn的声场测定系统的输出与测量级标准水听器的输出之间的差值的绝对值记为kn；且在频率f1、f2、…、fN上，分别测量水温C1、C2、…、CM下测量级标准水听器与声场测定系统的输出，将对应于频率fn和水温Cm的声场测定系统的输出与测量级标准水听器的输出之间的差值记为αn,m；m的取值为1～M，M为设定的水温的总个数且M为大于1的正整数；
步骤3023、采用比较法对声场测定系统进行标定，得到与频率fn有关的传递函数H(fn)＝kn*δ(fn)+αn,m*δ(Cm)+γ。
如图2所示，本实施例中，所述水听器5和波导杆2通过耦合剂套筒3连接为一体，所述耦合剂套筒3的上部套装在水听器5上，所述耦合剂套筒3的下部套装在波导杆2上，所述耦合剂套筒3的中部空间为耦合剂腔7，所述耦合剂腔7内填充有声波耦合剂4，所述水听器5的感应元件5-1设置在声波耦合剂4中，所述水听器5的电信号输出端与所述数据采集处理系统的输入端连接；所述信号采集卡12的输入端接有设置在声波耦合剂4内且用于对声波耦合剂4内的温度进行实时检测的温度传感器13；步骤三中所述数据采集处理系统对水听器5输出的电信号进行处理时，信号放大器11对水听器5输出的电信号进行放大后传输给信号采集卡12，再传输给计算机6，计算机6对经过信号放大器11放大后的电信号进行处理，得到超常条件液体介质1内的声场信息。
具体实施时，所述水听器5的电信号输出线位于耦合剂套筒3上方。所述耦合剂套筒3为上端开口与水听器5相配合、下端开口与波导杆2相配合、上下连通的管状物。
本实施例中，所述数据采集处理系统包括依次连接的信号放大器11、信号采集卡12和计算机6，所述水听器5的电信号输出端与信号放大器11的输入端连接。
本实施例中，所述波导杆2由耐高温耐腐蚀材料制成。
优选地，所述波导杆2由石英材料或陶瓷材料制成。
具体实施时，对于高温液体介质，采用的波导杆2必须在被检测的高温液体介质温度下具有良好的声信号(机械波)传导性能，例如，800℃金属铝熔体，可以采用耐温1200℃以上的石英材料的波导杆2。对于腐蚀性液态介质，采用的波导杆2必须为耐腐蚀波导杆。
本实施例中，所述声波耦合剂4为胶状声波耦合剂、油性声波耦合剂或水性声波耦合剂。
具体实施时，所述水听器5的感应元件5-1设置在声波耦合剂4中，即将水听器5的感应元件5-1完全浸入声波耦合剂4中。所述声波耦合剂4能够高效传播声信号。
具体实施时，所述水听器5为压电水听器、磁致伸缩水听器和光纤水听器等类型的常规水听器。
本实施例中，所述耦合剂套筒3上部内壁与水听器5外壁之间设置有第一密封圈9，所述耦合剂套筒3下部内壁与波导杆2外壁之间设置有第二密封圈10。
具体实施时，所述第一密封圈9和第二密封圈10均采用橡胶密封圈，通过设置第一密封圈9和第二密封圈10，能够有效防止声波耦合剂4泄露，不仅能够保证声场测定的精度，还能避免对超常条件液体介质1造成污染。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
机译： 指导目标基因特异性组织在植物中，植物果实中，植物种子内，植物花中表达的方法。植物块茎内部，目标基因的芽在植物中，在植物花粉内的植物分生组织内，在植物的血管系统中，在茄子，种子内以及增加在一种或多种不利环境条件下生长的植物的生物量的方法中。增加在低氮条件下生长的植物的生物量，增加植物的种子产量。驱动目标基因特异性组织在植物根部和植物芽中的表达
机译： 一种称为“ Moscardo。”的设备，用于在无菌条件下实施和维持所有用于皮下注射，静脉内，肌肉内等的液体。人工，血清和其他熔岩液体
机译： 液体介质中至少一种助滤剂含量的测定方法和测量装置
