水声管注水除气装置及水声管注水除气方法

摘要

本发明公开了一种水声管注水除气装置及水声管注水除气方法，水声管注水除气装置包括：上管体，固定设置在支架上，上管体的底端具有收紧部，收紧部的自由端面沿其径向设置有至少一个导流环槽，上管体的管壁上设置有一个能连通至少一个导流环槽和第一管路的第一导流通道；下管体，顶端具有扩张部，且收紧部能插入扩张部并围成测试腔，下管体的下端管壁上具有能连通测试腔和第二管路的第二导流通道；水声换能器，固定设置在下管体的底端以阻止测试腔中的液体流出；多个水听器，沿测试腔的轴向间隔设置；升降机构，设置在水声换能器的底端且能改变上管体和下管体之间的开合关系；第三管路，一端设置在上管体的顶端，另一端能与第一管路相连通。

说明书

技术领域

本发明涉及水声测量技术领域，尤其涉及一种水声管注水除气装置及水声管注水除气方法。

背景技术

在水声测量领域，水声管是重要的测量装置，用来测量声波在水中的传播特性和水声材料的声学性能，其中水声材料的声学性测量在国防领域发挥着极其要求的作用。利用水声管(以下简称声管)测量水声材料声学性能的过程中，声管中的气泡对声学性能的影响非常大，轻则使测量误差增大，重则导致测试数据无效。

水声管中气泡产生的主要原因是在注水过程中产生的(如在取放测试样品时，必须进行通过排水的方式进行)，目前，放置好被测样品后通过压力水泵向水声管内注水，注水完成后，通过自然静置的方式使气泡上浮或溶解，一般需要静置2至3天或更长时间，静置时间长短与声管内的水温有一定的关系，温度越高，水中气泡含量越多。

现有水声管的管体分为上下两段，声管竖直安装在支架之上，可以通过支架液压升降机构(如千斤顶)实现声管中部的开合动作。需要进行声学样品测量时，打开声管，放入样品，闭合声管后，打开排气阀和注水阀，通过注水泵将水箱中的纯净水注入声管，注水完成后静置2～3天，使声管内壁及测量样品表面气泡完全溶解或上浮到声管顶部通过排气阀排出。

由于气的水溶性非常差，即使通过长时间的静置气泡也很难完全溶于水，除气效果非常差；另外，当注水完成后声管内壁气泡理论上是能够上浮的，但是由于声管中部样品周围的缝隙非常小，经过若干时间的静置，声管内下部分的气泡会聚齐在测试样品的底部无法上浮，等于没有除气，从而严重影响了测试效率和测试数据的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水声管注水除气装置及水声管注水除气方法，用以解决现有声管中除气效果差、测试效率低及测试数据准确性低的难题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种水声管注水除气装置，包括：上管体，固定设置在支架上，所述上管体的底端具有收紧部，所述收紧部的自由端面沿其径向设置有至少一个导流环槽，所述上管体的管壁上设置有一个能连通所述至少一个导流环槽和第一管路的第一导流通道，且所述第一导流通道与所述第一管路的连接口位于所述收紧部的上方；下管体，顶端具有扩张部，且所述收紧部能插入所述扩张部并抵紧在配合面上以利用所述上管体的上管腔和所述下管体的下管腔围成测试腔，所述下管体的下端管壁上具有能连通所述测试腔和第二管路的第二导流通道；水声换能器，固定设置在所述下管体的底端以阻止所述测试腔中的液体流出；多个水听器，沿所述测试腔的轴向间隔设置；升降机构，设置在所述水声换能器的底端，且所述升降机构能通过调整工作参数以改变所述上管体和所述下管体之间的开合关系；第三管路，一端设置在所述上管体的顶端以能与所述测试腔连通，所述第三管路的另一端能与所述第一管路相连通。

优选的，其中，所述第一管路包括：真空泵；第一管道，两端分别与所述真空泵和大气连通，且所述第一管道中接入有所述第一导流通道；第一排气阀，接入在所述第一管道的自由端与所述第一导流通道之间以切断所述测试腔与大气的连通；第二排气阀，接入在所述真空泵与所述第一导流通道之间以切断所述测试腔与所述真空泵的连通。

优选的，其中，所述第二管路包括：蓄水箱；两条支管，并行接入所述蓄水箱和所述第二导流通道之间，其中一条所述支管中设置有注水泵和第一注水阀，另一条所述支管中设置有第二注水阀。

优选的，其中，所述第三管路包括：液位箱，内部设置有液位传感器以监测所述液位箱内部的液体；输入管，两端分别与所述上管体的顶端和所述液位箱连通，且所述输入管中设置有真空表以监测所述测试腔内的真空度；第一输出管，连接在所述液位箱的底部，且其中接入有第一排水阀以能将其中的液体排出；第二输出管，从所述液位箱的顶部插入其内部以将其与所述真空泵连通，且所述第二输出管中接入有能切断所述液位箱与所述真空泵连通的切断阀及能将所述第二输出管中的液体排出的第二排水阀。

优选的，其中，所述上管体的管壁顶端还设置有用于观察所述测试腔内液位的观察窗，在初始状态下，所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路中的阀门均处于关闭状态。

本发明还提供了一种水声管注水除气方法，利用前述的水声管注水除气装置执行以下步骤：

将测试样品布置在所述下管体的顶端，并通过调整所述升降机构的工作参数以将所述上管体和所述下管体闭合以形成所述测试腔；

打开所述第一排气阀和所述第二排气阀，并开启所述真空泵以对所述测试腔进行抽真空作业；

基于所述测试腔的真空度满足预设要求，关闭所述真空泵、所述第一排气阀和所述第二排气阀，并打开所述第二管路中的第二注水阀以将所述蓄水箱中的液体注入所述测试腔内；

基于所述第三管路中的所述液位箱中进入液体，关闭所述第二注水阀以完成水声管的注水除气。

优选的，其中，还包括：基于所述第三管路中所述液位箱中未进入液体，打开所述第二管路中的所述注水泵和所述第一注水阀直至所述第三管路中的所述液位箱中进入液体。

优选的，其中，在所述关闭所述第二注水阀以完成水声管的注水除气之前还包括二次抽真空作业，所述二次抽真空作业包括：

打开所述第一输出管中的所述第一排水阀以排空所述液位箱中的液体；

基于所述液位箱中的液体排空，打开所述第二输出管中的所述切断阀和所述真空泵进而排气；

基于所述测试腔内的气体排尽，通过所述观察窗观察所述测试腔内的液位；

基于所述测试腔内的液位低于目标值，打开所述第二管路中的所述注水泵和所述第一注水阀直至所述测试腔内充满液体以完成所述二次抽真空作业。

优选的，其中，基于还需对新测试样品进行测试，所述的水声管注水除气的方法还包括：

打开所述第二输出管中的所述切断阀和所述第二排水阀以泄除所述测试腔中的压力；

打开所述第二注水阀以将所述测试腔内的液体排入所述蓄水箱中；

基于所述测试腔内的液体下降至所述扩张部能没过原测试样品处，调整所述升降机构的工作参数以将所述上管体和所述下管体分开并用所述新测试样品替换所述原测试样品后再次调整所述升降机构的工作参数以将所述上管体和所述下管体闭合围成所述测试腔；

执行所述二次抽真空作业以完成所述水声管的注水除气。

优选的，其中，所述测试腔的真空度满足预设要求是指所述真空度不高于-0.8MPa。

本发明的特点及优点是：

本发明极大的提高了声学测试的工作效率，由原来的2至3天的静置时间缩短到半小时内完成；此外，通过本发明中除气泡的方法大大提高了数据的稳定性和测试的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明水声管的工作原理图；

图2为本发明水声管注水工作完成后的示意图；

图3为本发明水声管二次放样品的过程示意图；

图4为本发明水声管排气密封部位的局部放大图；

图5为本发明水声管中上管体的下端结构示意图；

图6为本发明水声管中上管体的下端结构示意图；

图7为本发明水声管注水除气方法的流程框图；

图8为本发明水声管注水除气方法的流程框图；

图9为本发明水声管注水除气方法的流程框图；

图10为本发明水声管注水除气方法的流程框图。

附图标记与说明：

1、上管体；11、收紧部；12、导流环槽；13、第一导流通道；14、观察窗；2、下管体；21、扩张部；22、测试腔；23、第二导流通道；24、密封环；3、支架；4、第一管路；41、真空泵；42、第一管道；43、第一排气阀；44、第二排气阀；5、第二管路；51、蓄水箱；52、支管；53、注水泵；54、第一注水阀；55、第二注水阀；6、第三管路；61、液位箱；611、液位传感器；62、输入管；621、真空表；63、第一输出管；631、第一排水阀；64、第二输出管；641、切断阀；642、第二排水阀；7、水声换能器；8、水听器；9、升降机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式一

本发明提供了一种水声管注水除气装置，请参见图1至图6，包括上管体1、下管体2、水声换能器7、多个水听器8、升降机构9和第三管路6。

具体的，上管体1固定设置在支架3上，上管体1的底端具有收紧部11，收紧部11的自由端面沿其径向设置有至少一个导流环槽12，上管体1的管壁上设置有一个能连通至少一个导流环槽12和第一管路4的第一导流通道13(即利用至少一个导流环槽12、第一导流通道13形成抽真空通道)，且第一导流通道13与第一管路4的连接口位于收紧部11的上方；下管体2的顶端具有扩张部21，且收紧部11能插入扩张部21并抵紧在配合面上以利用上管体1的上管腔和下管体2的下管腔围成测试腔22，下管体2的下端管壁上具有能连通测试腔22和第二管路5的第二导流通道23；水声换能器7固定设置在下管体2的底端以阻止测试腔22中的液体流出；多个水听器8沿测试腔22的轴向间隔设置；升降机构9设置在水声换能器7的底端，且升降机构9能通过调整工作参数以改变上管体1和下管体2之间的开合关系；第三管路6的一端设置在上管体1的顶端以能与测试腔22连通，第三管路6的另一端能与第一管路4相连通。

在一些具体实施例中，请参见图4至图6所示，在收紧部11的下端面设计了两道导流环槽12，当下管体2内充满水的情况下，在上管体1和下管体2闭合形成测试腔22时能够顺利的将水排出，在抽真空时也能够顺利的将水声管内的空气抽走。

在一些实施例中，上管体1的收紧部11和下管体2的扩张部21之间还设置有密封环24以保证配合处的周向密封满足测试要求。

在一些实施例中，请参见图1和图2，第一管路4包括真空泵41、第一管道42、第一排气阀43和第二排气阀44。具体的，第一管道42的两端分别与真空泵41和大气连通，且第一管道42中接入有第一导流通道13；第一排气阀43接入在第一管道42的自由端与第一导流通道13之间以切断测试腔22与大气的连通；第二排气阀44接入在真空泵41与第一导流通道13之间以切断测试腔22与真空泵41的连通。

在一些实施例中，请参见图1和图2，第二管路5包括蓄水箱51和两条支管52。具体的，两条支管52并行接入蓄水箱51和第二导流通道23之间，其中一条支管52中设置有注水泵53和第一注水阀54，另一条支管52中设置有第二注水阀55。

在一些实施例中，请参见图1和图2，第三管路6包括液位箱61、输入管62、第一输出管63、第二输出管64。具体的，液位箱61的内部设置有液位传感器611以监测液位箱61内部的液体；输入管62的两端分别与上管体1的顶端和液位箱61连通，且输入管62中设置有真空表621以监测测试腔22内的真空度；第一输出管63连接在液位箱61的底部，且其中接入有第一排水阀631以能将其中的液体排出；第二输出管64从液位箱61的顶部插入其内部以将其与真空泵41连通，且第二输出管64中接入有能切断液位箱61与真空泵41连通的切断阀641及能将第二输出管64中的液体排出的第二排水阀642。

在一些实施例中，请参见图1至图3，上管体1的管壁顶端还设置有用于观察测试腔22内液位的观察窗14，在初始状态下，第一管路4、第二管路5和第三管路6中的阀门均处于关闭状态。

本发明通过改变水声管的中部结构设计和增加抽真空系统，对原设计进行改进(即将水声管中部的密封方式由原来的端面密封改为径向密封)，从而解决了水声管中出现气泡的问题，也即通过抽真空的方式实现水声管内除气泡的目的。

本发明极大的提高了声学测试的工作效率，由原来的2至3天的静置时间缩短到半小时内完成；此外，通过本发明中除气泡的方法大大提高了数据的稳定性和测试的精度。

实施方式二

本发明还提供了一种水声管注水除气方法，请参见图1至图10，利用实施方式一中的水声管注水除气装置执行以下步骤：

S1、将测试样品布置在下管体2的顶端，并通过调整升降机构9的工作参数以将上管体1和下管体2闭合以形成测试腔22；

S2、打开第一排气阀43和第二排气阀44，并开启真空泵41以对测试腔22进行抽真空作业；

S3、基于测试腔22的真空度满足预设要求，关闭真空泵41、第一排气阀43和第二排气阀44，并打开第二管路5中的第二注水阀55以将蓄水箱51中的液体注入测试腔22内；

在一些实施例中，测试腔22的真空度满足预设要求是指真空度不高于-0.8MPa。

S4、基于第三管路6中的液位箱61中进入液体，关闭第二注水阀55以完成水声管的注水除气。

在一些实施例中，请参见图8，还包括：

S5、基于第三管路6中液位箱61中未进入液体，打开第二管路5中的注水泵53和第一注水阀54直至第三管路6中的液位箱61中进入液体。

在一些实施例中，请参见图9，在关闭第二注水阀55以完成水声管的注水除气之前还包括二次抽真空作业，二次抽真空作业包括：

S41、打开第一输出管63中的第一排水阀631以排空液位箱61中的液体；

S42、基于液位箱61中的液体排空，打开第二输出管64中的切断阀641和真空泵41进而排气；

S43、基于测试腔22内的气体排尽，通过观察窗14观察测试腔22内的液位；

S44、基于测试腔22内的液位低于目标值，打开第二管路5中的注水泵53和第一注水阀54直至测试腔22内充满液体以完成二次抽真空作业。

在一些实施例中，请参见图10，基于还需对新测试样品进行测试，的水声管注水除气的方法还包括：

S6、打开第二输出管64中的切断阀641和第二排水阀642以泄除测试腔22中的压力；

S7、打开第二注水阀55以将测试腔22内的液体排入蓄水箱51中；

S8、基于测试腔22内的液体下降至扩张部21能没过原测试样品处，调整升降机构9的工作参数以将上管体1和下管体2分开并用新测试样品替换原测试样品后再次调整升降机构9的工作参数以将上管体1和下管体2闭合围成测试腔22；

S9、执行二次抽真空作业以完成水声管的注水除气。

下面通过一个具体实施例来对本发明做进一步的说明与介绍，请参见图1至图10，具体的本发明具有以下两种工况：

工况1

初次进行声学样品测量时，打开水声管，放入样品，闭合水声管后，打开排气阀执后，再开启真空泵41对水声管内进行抽真空作业，相对真空度达到-0.8MPa以下时关闭真空泵41和阀门，打开注水阀将水箱中的纯净水以虹吸的方式注入水声管，当水声管注满水后，水流到液位箱61时，水位传感器检测到水流后，关闭注水阀，即可进行测试。

如果需要二次抽真空排气可以通过水声管顶端的液位箱61进行二次抽真空排气。作业时首先打开阀门排空液位箱61的水，然后打开阀门和真空泵41进行排气作业，排气完毕后，注意观察位于水声管管体上端的液位视窗，如果水声管液位不够就马上打开阀门或压力水泵进行补水。

工况2

当进行多次测量时或测试多个声学材料样品时，把水排至水声管中部，水位没过样品(如图3所示)，通过液压升降装置打开水声管移除测试完成的样品，放入新样品，放入时样品要倾斜插入水中，如图3所示。闭合水声管后采用工况1中的二次抽真空排气的方法进行排气注水。

本发明极大的提高了声学测试的工作效率，由原来的2至3天的静置时间缩短到半小时内完成；此外，通过本发明中除气泡的方法大大提高了数据的稳定性和测试的精度。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。