一种声学特性测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种声学特性测量装置及方法，测量装置包括上位机、采样管、声学换能器、水听器组、声波仪；声波仪接收上位机发送的根据当前输入的测试波类型生成的携带有测试波类型的第一信号，并根据第一信号生成相应的测试波形信号发送给声学换能器；声学换能器将测试波形信号转化为相应的第一声波并射入采样管中的待测样品中；水听器组中的各个水听器采集第一声波通过待测样品后形成的声波并生成相应信号发送至声波仪；声波仪进行放大处理后发送至上位机；上位机对当待测样品为液体或沉积物时声波仪发送的放大信号进行解析并计算液体中沉积物的声学特性。基于上述测量装置保证了在对液体中沉积物声学特性进行测量时结果的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及声学探测
，尤其涉及一种声学特性测量装置及方法。
技术介绍
广阔的江河湖海中布满沉积物，沉积物的声学特性是研究存在于水中的沉积物的最有效的方法。以海底沉积物为例，其是海洋物理和工程研究的重要对象，其声学特性研究一直备受国内外学者的重视，是船舰航行、潜艇潜行、海底资源探测、海洋工程作业等必须知道和了解的特性。海底沉积物声学特性包含两个主要的特性参数：声速和声衰减，其中，声速反应出声波在海底传播的快慢程度，声衰减反映出海底底质对声波传播或地震波作用距离的影响。目前对液体中沉积物的声学测量方法主要有声学遥测、原位测量和采样测量三种方法，其中，声学遥测方法需要原位测量方法和采样测量方法获取的声学特性作为分析依据和评判标准。对液体中沉积物进行原位测量需要专用的原位声学测量仪器，而当前的原位测量仪器测量的频率有限，无法实现多种声学特性测量的需要并且存在采样和二次作业的问题，因此原位声学测量方法虽然精度高但是成本高、耗时高、研究局限性大。因此，通过采样测量方法采集沉积物样品，然后在实验室进行测量成为广泛应用的方法。在实验室测量过程中，对于声衰减系数的测量普遍采用同轴间距测量法。同轴间距测量法需要分割样品、移动换能器，这就破坏了样品的主体结构。另外，当前的声衰减系数测量方法均未验证在液体中的扩散损失，由于无法消除扩散所带来的误差，因此会产生较大误差。对于声速的测量普遍采用一发一收，由于存在多途路径声波的干扰和起跳点误差，从而引起声速测量结果的不准确。有鉴于此，现有的技术方案在对液体中沉积物声学特性进行测量时，无法保证测量结果的准确度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种声学特性测量装置及方法，以解决现有的技术方案在对液体中沉积物声学特性进行测量时，无法保证测量结果的准确度的问题。技术方案如下：一种声学特性测量装置，包括：上位机；设置于测量支架上，用于放置待测样品的采样管；水平放置于所述测量支架上的声学换能器，所述声学换能器的输出端与所述采样管中所述待测样品的端面耦合相连；水听器组，所述水听器组竖直设置于所述测量支架上且所述水听器组中各个水听器的采样端插入于所述采样管的径向端，其中，所述水听器组中至少包含并排设置且间隔预设距离的第一水听器和第二水听器；声波仪，所述声波仪的第一接收端和第一输出端与所述上位机相连，第二输出端与所述声学换能器的输入端相连，第二接收端与所述水听器组中各个水听器的输出端相连；所述声波仪接收所述上位机发送的根据当前输入的测试波类型生成的携带有测试波类型的第一信号，并根据所述携带有测试波类型的第一信号生成相应的测试波形信号发送给所述声学换能器；所述声学换能器将所述测试波形信号转化为相应的第一声波并射入所述采样管中的所述待测样品中；当所述待测样品为液体时，所述水听器组中的各个水听器采集所述第一声波通过所述液体后形成的第二声波，并生成相应的第二信号发送至所述声波仪；所述声波仪将所述第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至所述上位机；当所述待测样品为沉积物时，所述水听器组中的各个水听器采集所述第一声波通过所述沉积物后形成的第三声波，并生成相应的第四信号发送至所述声波仪；所述声波仪将所述第四信号进行放大处理，并生成第五信号发送至所述上位机；所述上位机对所述第三信号和所述第五信号进行解析，并计算所述液体中所述沉积物的声学特性。优选的，所述水听器组包括：针式水听器组。优选的，所述上位机包括：用于存储所述水听器组中各个水听器之间的所述预设距离、所述第三信号和所述第五信号的存储器；用于对所述第三信号和所述第五信号进行解析并计算所述液体中所述沉积物的声学特性的处理器。优选的，所述处理器具体包括：波形处理器，用于解析所述第三信号和所述第五信号，得到相应的声学波形，判断所述声学波形中起跳点的位置，并选取以起跳点为基准开始的预设n个周期的波形作为有效波，获取所述有效波在第一预设特征点的采样数和在第二预设特征点的声压幅值，其中，n的取值范围为大于0的整数，具体为3，所述第一预设特征点包括零点、峰值点和/或峰谷点，所述第二预设特征点为所述峰值点；第一计算器，用于基于所述第三信号对应的有效波在所述第一预设特征点的采样点数，计算所述液体中的第一时间差其中，下标j表示所述第一水听器，下标k表示所述第二水听器，a为所述第三信号对应的有效波中零点采样点数ZP的总数，b为所述第三信号对应的有效波中峰值点采样点数PP的总数，c为所述第三信号对应的有效波中峰谷点采样点数DP的总数,TS为获取采样点数的周期；第二计算器，用于根据所述第一时间差Δt1，计算所述液体中的声延时Δt0＝cw0/d0-Δt1，其中，cw0为标准声速，d0为所述第一水听器和所述第二水听器之间的所述预设距离；第三计算器，用于依据所述第三信号对应的有效波在所述第二预设特征点的声压幅值，计算所述液体中的第一声衰减系数其中，APPi为所述第三信号对应的有效波中第i个所述第二预设特征点的声压幅值；第四计算器，用于基于所述第五信号对应的有效波在所述第一预设特征点的采样点数，计算所述沉积物中的第二时间差其中，m为所述第五信号对应的有效波中零点采样点数ZP的总数，n为所述第五信号对应的有效波中峰值点采样点数PP的总数，l为所述第五信号对应的有效波中峰谷点采样点数DP的总数；第五计算器，用于根据所述第五信号对应的有效波在所述第二预设特征点的声压幅值，计算所述沉积物中的第二声衰减系数其中，APPi为所述第五信号对应的有效波中第i个所述第二预设特征点的声压幅值；第六计算器，用于基于所述声延时Δt0和所述第二时间差Δt2，计算所述液体中所述沉积物的声学特性中的声速cp＝d0/(Δt2-Δt0)；第七计算器，用于依据所述第一声衰减系数α1和所述第二声衰减系数α2，计算所述液体中所述沉积物的声学特性中的声衰减系数αp＝α2-α1。优选的，所述声波仪具体用于：当当前输入的测试波类型为脉冲波，所述声学换能器为预设频率的窄频声学换能器时，接收所述上位机发送的根据当前输入的脉冲波类型生成的携带有脉冲波类型的第一信号，并根据所述携带有脉冲波类型的第一信号生成脉冲波形信号发送给所述窄频声学换能器。优选的，所述声波仪具体用于：当当前输入的测试波类型为正弦波，所述声学换能器为宽频声学换能器时，接收所述上位机发送的根据当前输入的正弦波类型生成的携带有正弦波类型的第一信号，并根据所述携带有正弦波类型的第一信号生成正弦波形信号发送给所述宽频声学换能器。一种声学特性测量方法，应用于上述任意一个方案所述的测量装置，所述测量装置包括上位机、采样管、声学换能器、水听器组和声波仪，其中，所述水听器组中至少包含并排设置且间隔预设距离的第一水听器和第二水听器，所述测量方法包括：所述声波仪接收所述上位机发送的根据当前输入的测试波类型生成的携带有测试波类型的第一信号，并根据所述携带有测试波类型的第一信号生成相应的测试波形信号发送给所述声学换能器；所述声学换能器将所述测试波形信号转化为相应的第一声波并射入所述采样管中的所述待测样品中；当所述待测样品为液体时，所述水听器组中的各个水听器采集所述第一声波通过所述液体后形成的第二声波，并生成相应的第二信号发送至所述声波仪；所述声波仪将所述第二信号进行放大处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声学特性测量装置，其特征在于，包括：上位机；设置于测量支架上，用于放置待测样品的采样管；水平放置于所述测量支架上的声学换能器，所述声学换能器的输出端与所述采样管中所述待测样品的端面耦合相连；水听器组，所述水听器组竖直设置于所述测量支架上且所述水听器组中各个水听器的采样端插入于所述采样管的径向端，其中，所述水听器组中至少包含并排设置且间隔预设距离的第一水听器和第二水听器；声波仪，所述声波仪的第一接收端和第一输出端与所述上位机相连，第二输出端与所述声学换能器的输入端相连，第二接收端与所述水听器组中各个水听器的输出端相连；所述声波仪接收所述上位机发送的根据当前输入的测试波类型生成的携带有测试波类型的第一信号，并根据所述携带有测试波类型的第一信号生成相应的测试波形信号发送给所述声学换能器；所述声学换能器将所述测试波形信号转化为相应的第一声波并射入所述采样管中的所述待测样品中；当所述待测样品为液体时，所述水听器组中的各个水听器采集所述第一声波通过所述液体后形成的第二声波，并生成相应的第二信号发送至所述声波仪；所述声波仪将所述第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至所述上位机；当所述待测样品为沉积物时，所述水听器组中的各个水听器采集所述第一声波通过所述沉积物后形成的第三声波，并生成相应的第四信号发送至所述声波仪；所述声波仪将所述第四信号进行放大处理，并生成第五信号发送至所述上位机；所述上位机对所述第三信号和所述第五信号进行解析，并计算所述液体中所述沉积物的声学特性。...

【技术特征摘要】
1.一种声学特性测量装置，其特征在于，包括：上位机；设置于测量支架上，用于放置待测样品的采样管；水平放置于所述测量支架上的声学换能器，所述声学换能器的输出端与所述采样管中所述待测样品的端面耦合相连；水听器组，所述水听器组竖直设置于所述测量支架上且所述水听器组中各个水听器的采样端插入于所述采样管的径向端，其中，所述水听器组中至少包含并排设置且间隔预设距离的第一水听器和第二水听器；声波仪，所述声波仪的第一接收端和第一输出端与所述上位机相连，第二输出端与所述声学换能器的输入端相连，第二接收端与所述水听器组中各个水听器的输出端相连；所述声波仪接收所述上位机发送的根据当前输入的测试波类型生成的携带有测试波类型的第一信号，并根据所述携带有测试波类型的第一信号生成相应的测试波形信号发送给所述声学换能器；所述声学换能器将所述测试波形信号转化为相应的第一声波并射入所述采样管中的所述待测样品中；当所述待测样品为液体时，所述水听器组中的各个水听器采集所述第一声波通过所述液体后形成的第二声波，并生成相应的第二信号发送至所述声波仪；所述声波仪将所述第二信号进行放大处理，并生成第三信号发送至所述上位机；当所述待测样品为沉积物时，所述水听器组中的各个水听器采集所述第一声波通过所述沉积物后形成的第三声波，并生成相应的第四信号发送至所述声波仪；所述声波仪将所述第四信号进行放大处理，并生成第五信号发送至所述上位机；所述上位机对所述第三信号和所述第五信号进行解析，并计算所述液体中所述沉积物的声学特性。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述水听器组包括：针式水听器组。3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述上位机包括：用于存储所述水听器组中各个水听器之间的所述预设距离、所述第三信号和所述第五信号的存储器；用于对所述第三信号和所述第五信号进行解析并计算所述液体中所述沉积物的声学特性的处理器。4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述处理器具体包括：波形处理器，用于解析所述第三信号和所述第五信号，得到相应的声学波形，判断所述声学波形中起跳点的位置，并选取以起跳点为基准开始的预设n个周期的波形作为有效波，获取所述有效波在第一预设特征点的采样数和在第二预设特征点的声压幅值，其中，n的取值范围为大于0的整数，具体为3，所述第一预设特征点包括零点、峰值点和/或峰谷点，所述第二预设特征点为所述峰值点；第一计算器，用于基于所述第三信号对应的有效波在所述第一预设特征点的采样点数，计算所述液体中的第一时间差其中，下标j表示所述第一水听器，下标k表示所述第二水听器，a为所述第三信号对应的有效波中零点采样点数ZP的总数，b为所述第三信号对应的有效波中峰值点采样点数PP的总数，c为所述第三信号对应的有效波中峰谷点采样点数DP的总数,TS为获取采样点数的周期；第二计算器，用于根据所述第一时间差Δt1，计算所述液体中的声延时Δt0＝cw0/d0-Δt1，其中，cw0为标准声速，d0为所述第一水听器和所述第二水听器之间的所述预设距离；第三计算器，用于依据所述第三信号对应的有效波在所述第二预设特征点的声压幅值，计算所述液体中的第一声衰减系数其中，APPi为所述第三信号对应的有效波中第i个所述第二预设特征点的声压幅值；第四计算器，用于基于所述第五信号对应的有效波在所述第一预设特征点的采样点数，计算所述沉积物中的第二时间差其中，m为所述第五信号对应的有效波中零点采样点数ZP的总数，n为所述第五信号对应的有效波中峰值点采样点数PP的总数，l为所述第五信号对应的有效波中峰谷点采样点数DP的总数；第五计算器，用于根据所述第五信号对应的有效波在所述第二预设特征点的声压幅值，计算所述沉积物中的第二声衰减系数其中，APPi为所述第五信号对应的有效波中第i个所述第二预设特征点的声压幅值；第六计算器，用于基于所述声延时Δt0和所述第二时间差Δt2，计算所述液体中所述沉积物的声学特性中的声速cp＝d0/(Δt2-Δt0)；第七计算器，用于依据所述第一声衰减系数α1和所述第二声衰减系数α2，计算所述液体中所述沉积物的声学特性中的声衰减系数αp＝α2-α1。5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述声波仪具体用于：当当前输入的测试波类型为脉冲波，所述声学换能器为预设频率的窄频声学换能器时，接收所述上位机发送的根据当前输入的脉冲波类型生成的携带有脉冲波类型的第一信号，并根据所述携带有脉冲波类型的第一信号生成脉冲波形信号发送给所述窄频声学换能器。6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述声波仪具体用于：当当前输入的测试波类型为正弦波，所述声学换能器为宽频声学换能器...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹大鹏，肖体兵，王鑫，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44