本发明专利技术公开了一种超声空化噪声信号测量装置与方法，属于超声空化检测技术领域。该装置是由PVDF压电薄膜传感器装置、超声处理装置和示波器组成，属于超声空化噪声信号研究的技术领域，通过粘有PVDF压电薄膜传感器的背衬与支架螺纹连接，实现对垂直或是水平放置的超声换能器产生的声场进行监测，当一个或多个支架与带有十七个螺纹孔的支撑盘连接时，可对不同位置的超声场进行监测，也可同时对超声场中多个位置的场强进行监测，该方法简单易于操作，并且方法实施的成本较低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超声空化噪声信号的测量装置与方法，可应用于超声空化机理方面的研究领域，属于超声空化检测
技术介绍
超声空化是指液体中微小气泡在超声场的作用下经历振动、生长和溃灭的过程，即在较大声强作用下，空化空泡在声波负压相作用下长大，在正压相作用下收缩崩溃。基于超声空化机制，其应用也非常广泛，如提高小麦胚芽蛋白质等的溶解特性，促进蛋白质酶解反应、提取多酚等抗氧化剂、降解多糖等。而空化机制研究的最佳入手点是空化空泡。对于空化空泡脉动过程研究，一方面可以采用数值模拟手段，借助数学软件模拟计算空泡脉动过程，但是由于软件的局限性，计算结果与真实情况存在一定差距；另一方面可以采用试验研究，通过高速摄像机采集空泡脉动全过程，虽然可以获得直观的空泡形态，但是一套高速摄影设备价格昂贵，并且不能得到数值结果，不能进行后期的数学分析和建立数学模型。空化噪声频谱法的原理，是利用超声空化时声能量按频率的重新分配由声压波形的畸变来进行表征的。空化空泡的非线性振动产生了谐波和分谐波分量，一是，稳态空化阶段空泡发生振动，由于空泡大小不一，空泡半径大小的概率分布导致了频谱中包含许多不同频率的分量；二是，瞬态空化阶段空泡闭合时产生会产生冲击波辐射，鉴于空泡的生长消灭具有随机性，许多爆发的激波脉冲总和效果表现为连续的噪声谱。通过频谱分析，所得的谱图能反映空化机制特征，进行实时监测。可对空化空泡伴随的噪声进行跟踪，得到数值谱线，便于后期的数值分析以及液体噪声数据库的建立。现有的技术是采用水听器测量系统对液体空化现象进行测量，但是一套进口的水听器测量系统至少需要上万元，价格较昂贵。聚偏氟乙烯（PVDF）压电膜具有较高的化学稳定性、低吸湿性、高热稳定性、高耐冲、耐疲劳能力。PVDF压电膜质地柔软、重量轻，与水的声阻抗相近，应用灵敏度高，在厚度方向的伸缩振动的谐频率很高，可以得到较宽的平坦响应，频响宽度远优于普通压电陶瓷换能器。PVDF压电膜制成的PVDF压电薄膜传感器可用于测量空泡脉动伴随的噪声声压信号。超声空化处理设备种类繁多，有的超声换能器是水平放置的（专利申请号：201110368049.9），有的超声换能器是垂直放置的（专利申请号：201210278709.9），与超声换能器之间的相对方位不同，采集到的声波信号强度就不一样，一般传感器平面与超声换能器平面平行为佳。另外，有的超声设备还不止一个超声换能器（专利申请号：201210278709.9），最好能有多个传感器同时在超声场中进行监测。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的缺陷不足，提供一种超声空化噪声信号测量方法，该方法简单易于操作，并且方法实施的成本较低。实现本专利技术技术方案是；一种超声空化噪声信号测量装置，包括PVDF压电薄膜传感器装置、超声处理装置和示波器，PVDF压电薄膜传感器装置放置在超声处理装置盛有液体的容器内，将PVDF压电薄膜传感器装置中PVDF压电薄膜传感器上铆接的电线连接到示波器上，通过示波器的读数反映超声空化噪声信号；所述超声处理装置由容器、超声波发生器和超声换能器组成，超声波发生器通过超声换能器进行电能与机械能的转换，发出声波；所述PVDF压电薄膜传感器装置，包括背衬、支架和支撑盘螺纹，背衬由树脂制成立方体，长为15mm，宽为10mm，高为15mm，PVDF压电薄膜传感器粘合在背衬的工作面上，PVDF压电薄膜传感器上有正电极和负电极，两根电线分别铆接在正电极和负电极上，与工作面相邻的另一表面A上固定一个螺栓A，螺栓A高度为10mm，直径为6mm；支架由树脂制成，圆柱体，高度为500mm，直径为12mm，支架的底面圆心处有一个螺纹孔A，螺纹孔A深度为10mm，直径为6mm，背衬上的螺栓A与支架的底面螺纹连接，背衬的工作面处于垂直状态，与支架的底面距离2mm处的支架侧面上还有一个螺纹孔B，螺纹孔B深度为10mm，直径为6mm，背衬上的螺栓A与支架侧面上的螺纹孔B连接，背衬的工作面处于水平状态，支架的支架上表面圆心处固定一个螺栓B，螺栓B的高度为10mm，直径为6mm，与PVDF压电薄膜传感器铆接的电线绕在支架侧面上，然后再在绕有电线的支架外部用防水绝缘胶布包裹；支架上的螺栓B与支撑盘表面上的螺纹孔C螺纹连接，支撑盘由树脂制成，圆盘形，直径为200mm，厚度15mm，支撑盘表面由两两成45°角的四条直径平均分为8个区域，圆心位置有一个螺纹孔C，以圆心位置的螺纹孔C为中心，沿直径两头方向隔40mm各有一个螺纹孔C，在一条直径上共有五个螺纹孔C，支撑盘表面分布着十七个螺纹孔C，螺纹孔C深度为10mm，直径为6mm；用铁架台夹住支撑盘的端部，放入超声处理装置盛有液体的容器内；绕过支架后的电线与50Ω的电阻并联，一个PVDF压电薄膜传感器就并联一个电阻，并将电线与示波器上一个通道的探头连接，多个PVDF压电薄膜传感器则需要与示波器上多个通道的探头连接。基于上述一种超声空化噪声信号测量装置的检测方法，按照下述步骤进行：（1）先在立方体形状的树脂背衬工作面上均匀涂抹一层厚度为10μm—30μm的AB胶，与工作面相邻的另一个表面A上固定一个螺栓A，螺栓A高度为10mm，直径为6mm，背衬工作面的尺寸根据PVDF压电薄膜传感器的尺寸来决定，保证PVDF压电薄膜传感器能完整地粘合在背衬工作面上，背衬宽度为10mm，对于背衬来说，尺寸越小越好，可以避免尺寸过大而对流场产生扰动；然后迅速将PVDF压电薄膜传感器紧密贴合在背衬工作面上，再在PVDF压电薄膜传感器四周均匀涂抹一层AB胶，厚度为10μm—1mm，露出PVDF压电薄膜传感器工作的表面。（2）PVDF压电薄膜传感器一侧有正电极和负电极，两根电线分别铆接在正电极和负电极上，电线长度为2m，用作声压信号的输出，为防止正电极和负电极在液体中作业时短路，用AB胶均匀涂抹正电极和负电极以及与它们铆接的两根电线端头，涂抹的AB胶厚度为50μm，静置24h后再开始使用，一方面起到防水效果，另一方面也可保护PVDF压电薄膜传感器，提高其使用寿命。（3）接着将与正电极和负电极铆接的这两根电线绕在与背衬螺纹连接的支架上，然后再在绕有电线的支架外部用防水绝缘胶布包裹，防止电线在液体中短路或导电；支架为圆柱体，高500mm，直径为12mm，由树脂制成，支架底面圆心处有一个螺纹孔A，螺纹孔A深度为10mm，直径为6mm，当背衬上螺栓A连接在支架底面时，背衬工作面处于垂直状态，可实现对垂直放置的超声换能器产生的声场进行监测；在距离支架底面2mm处的支本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声空化噪声信号测量装置，其特征在于包括PVDF压电薄膜传感器装置、超声处理装置和示波器，PVDF压电薄膜传感器装置放置在超声处理装置盛有液体的容器内，将PVDF压电薄膜传感器装置中PVDF压电薄膜传感器上铆接的电线连接到示波器上，通过示波器的读数反映超声空化噪声信号；所述超声处理装置由容器、超声波发生器和超声换能器组成，超声波发生器通过超声换能器进行电能与机械能的转换，发出声波；所述PVDF压电薄膜传感器装置，包括背衬、支架和支撑盘螺纹， PVDF压电薄膜传感器粘合在背衬的工作面上，PVDF压电薄膜传感器上有正电极和负电极，两根电线分别铆接在正电极和负电极上，与工作面相邻的另一表面A上固定一个螺栓A，螺栓A高度为10 mm，直径为6 mm；支架的底面圆心处有一个螺纹孔A，螺纹孔A深度为10 mm，直径为6 mm，背衬上的螺栓A与支架的底面螺纹连接，背衬的工作面处于垂直状态，与支架的底面距离2 mm处的支架侧面上还有一个螺纹孔B，螺纹孔B深度为10 mm，直径为6 mm，背衬上的螺栓A与支架侧面上的螺纹孔B连接，背衬的工作面处于水平状态，支架的支架上表面圆心处固定一个螺栓B，螺栓B的高度为10 mm，直径为6 mm，与PVDF压电薄膜传感器铆接的电线绕在支架侧面上，然后再在绕有电线的支架外部用防水绝缘胶布包裹；支架上的螺栓B与支撑盘表面上的螺纹孔C螺纹连接，支撑盘表面由两两成45°角的四条直径平均分为8个区域，圆心位置有一个螺纹孔C，以圆心位置的螺纹孔C为中心，沿直径两头方向隔40 mm各有一个螺纹孔C，在一条直径上共有五个螺纹孔C，支撑盘表面分布着十七个螺纹孔C，螺纹孔C深度为10 mm，直径为6 mm；用铁架台夹住支撑盘的端部，放入超声处理装置盛有液体的容器内；绕过支架后的电线与50 Ω的电阻并联，一个PVDF压电薄膜传感器就并联一个电阻，并将电线与示波器上一个通道的探头连接，多个PVDF压电薄膜传感器则需要与示波器上多个通道的探头连接。...
【技术特征摘要】
1.一种超声空化噪声信号测量装置，其特征在于包括PVDF压电薄膜传感器装置、超声
处理装置和示波器，PVDF压电薄膜传感器装置放置在超声处理装置盛有液体的容器内，将
PVDF压电薄膜传感器装置中PVDF压电薄膜传感器上铆接的电线连接到示波器上，通过示波
器的读数反映超声空化噪声信号；
所述超声处理装置由容器、超声波发生器和超声换能器组成，超声波发生器通过超声
换能器进行电能与机械能的转换，发出声波；
所述PVDF压电薄膜传感器装置，包括背衬、支架和支撑盘螺纹，PVDF压电薄膜传感器
粘合在背衬的工作面上，PVDF压电薄膜传感器上有正电极和负电极，两根电线分别铆接在
正电极和负电极上，与工作面相邻的另一表面A上固定一个螺栓A，螺栓A高度为10mm，直径
为6mm；支架的底面圆心处有一个螺纹孔A，螺纹孔A深度为10mm，直径为6mm，背衬上的螺
栓A与支架的底面螺纹连接，背衬的工作面处于垂直状态，与支架的底面距离2mm处的支架
侧面上还有一个螺纹孔B，螺纹孔B深度为10mm，直径为6mm，背衬上的螺栓A与支架侧面上
的螺纹孔B连接，背衬的工作面处于水平状态，支架的支架上表面圆心处固定一个螺栓B，螺
栓B的高度为10mm，直径为6mm，与PVDF压电薄膜传感器铆接的电线绕在支架侧面上，然后
再在绕有电线的支架外部用防水绝缘胶布包裹；支架上的螺栓B与支撑盘表面上的螺纹孔C
螺纹连接，支撑盘表面由两两成45°角的四条直径平均分为8个区域，圆心位置有一个螺纹
孔C，以圆心位置的螺纹孔C为中心，沿直径两头方向隔40mm各有一个螺纹孔C，在一条直径
上共有五个螺纹孔C，支撑盘表面分布着十七个螺纹孔C，螺纹孔C深度为10mm，直径为6
mm；用铁架台夹住支撑盘的端部，放入超声处理装置盛有液体的容器内；绕过支架后的电线
与50Ω的电阻并联，一个PVDF压电薄膜传感器就并联一个电阻，并将电线与示波器上一个
通道的探头连接，多个PVDF压电薄膜传感器则需要与示波器上多个通道的探头连接。
2.根据权利要求1所述的一种超声空化噪声信号测量装置，其特征在于，所述背衬由树
脂制成，立方体，长为15mm，宽为10mm，高为15mm。
3.根据权利要求1所述的一种超声空化噪声信号测量装置，其特征在于，所述支架由树
脂制成，圆柱体，高度为500mm，直径为12mm。
4.根据权利要求1所述的一种超声空化噪声信号测量装置，其特征在于，所述支撑盘由
树脂制成，圆盘形，直径为200mm，厚度15mm。
5.基于上述一种超声空化噪声信号测量装置的检测方法，其特征在于按照下述步骤进
行：
（1）先在立方体形状的树脂背衬工作面上均匀涂抹一层厚度为10μm—30μm的AB胶，
与工作面相邻的另一个表面A上固定一个螺栓A，螺栓A高度...
【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，马海乐，任晓锋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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