基于混合气体分子复合弛豫模型的一氧化碳浓度检测算法

研究了声波通过混合气体时,复合弛豫声吸收和声速与气体各成分浓度和声频率之间的依赖关系.以一氧化碳气体、水蒸气、氮气和氧气的混合气体为例,分别建立了弛豫声吸收和声速与气体浓度的三维模型,以及弛豫声吸收与声频率的二维模型.完成了通过测量弛豫声吸收和声速计算一氧化碳气体浓度的算法推导,提出了一种依据弛豫声吸收和声速检测气体浓度的简化算法.仿真实验结果不仅证明了算法的理论可行性,还给出了算法的最佳适用声频率范围,并估计了将算法应用于实验的误差原因,证明了算法具有实际可行性. 关键词： 气体浓度声学检测 一氧化碳浓度检测 复合弛豫声吸收 声速     

基于三频点声速测量的气体压强合成算法

利用声速测量精度高, 测量方法简单的特点, 提出一种基于三个频率点测量声速合成气体压强的算法。首先在三个频率点测量声速, 然后计算得到声速频散谱拐点的弛豫频率, 最后根据弛豫频率与压强成线性正比的关系得到气体压强, 仿真结果验证了该算法的可行性。为在线实时检测气体腔体压强提供了一种技术简单、精度高的超声方法。     

一种低声速沉积层海底参数声学反演方法

软泥底环境下沉积层参数的声学反演是国际水声领域的一个研究热点.浅海中,当高声速基底和海水之间存在一层低声速(小于海水声速)的沉积层时,小掠射角情况下不同频率声传播损失会出现周期性增大现象.基于此现象,提出一种适用于低声速沉积层的海底参数声学反演方法.首先,推导给出小掠射角情况下传播损失周期增大的频率间隔与沉积层声速、厚度及近海底海水声速之间的解析表达式;其次,利用一次黄海实验中软泥底环境下的宽带声传播信号,提取了小掠射角下传播损失增大的频率周期;再次,把该解析表达式作为约束条件,结合Hamilton密度与声速的经验公式,采用匹配场处理反演给出沉积层的声速、密度、厚度及基底的声速、密度;然后,利用声传播损失数据反演得到泥底环境下不同频率的声衰减系数,通过拟合发现泥底声衰减系数随频率近似呈线性关系;最后,给出了双层海底模型和半无限大海底模型等效性的讨论.反演结果为低声速沉积层海底声传播规律研究与应用提供了海底声学参数.     

大学普通力学实验中驱动频率对声速测量结果的影响

通过选择不同的驱动频率(包括最强、次强谐振频率,非谐振频率),同时利用驻波法和相位法研究大学普通力学实验中驱动频率对超声波声速测量结果的影响,这一结果在提高实验教师对超声波声速测量过程的理解、把控学生实验数据、解惑学生问题等方面具有一定的意义.     

基于光致瞬态光栅测量液体内的声速

光束通过瞬态布拉格光栅,其衍射光的强度发生周期性变化,变化频率即为介质密度振荡的频率,由此可以测量介质中的声速.利用光致瞬态光栅测量了常温、常压条件下硝基苯和乙醇中的声速,分别为1 455m/s和1 136m/s,与文献报道结果相符.光学非接触式的声速测量方法,便于与其他装置联合使用,可用于观测高温、高压等极端条件下液体中的声速.     

利用自发布里渊散射测量液体声速

为了克服共振干涉法在液体的热力学声速和高频声速测量方面精度不高的问题, 本文建立了一种基于自发布里渊散射原理的测定液体声速的实验装置. 利用法布里-珀罗干涉仪对散射光进行扫描滤波, 数据采集卡结合光子计数器对散射光进行探测, 设计了一种散射光信息采集分析方法. 该实验方法有效的解决了传统布里渊散射方法中信号失真的问题, 显著地提升了液体声速测量精度. 对308.6–906.2 MHz内298.15 K饱和液相CCl₄声速进行了测量, 测量结果与文献值具有较好一致性. 利用法布里-珀罗干涉仪周期性扫描的滤波原理, 通过在测量得到的布里渊频移上加减整数倍个自由波谱区, 得到了更大频率的波谱信息, 进而设计一种测定介质高频声速的方法. 对CCl₄在5406.1–5521.0 MHz频段内的声速进行了测量. 实验结果显示, CCl₄的热力学声速随频率无明显变化, 而高频声速随频率的增大呈增大趋势且远大于热力学声速, 证实CCl₄具有色散现象.     

利用超声光栅研究声速与液体性质

设计并搭建了超声光栅,观察了激光经过光栅形成的衍射斑纹,测量了声速;并利用超声光栅测定了不同温度、不同浓度的NaCl溶液中的声速,给出了声速-水温和声速-溶液浓度的依赖关系.水的温度每升高1℃,3.974 MHz的超声波的声速增加2.09 m/s,16.574 MHz的超声波的波速增加2.04m/s;声速随着NaCl溶液浓度的增大线性增加,NaCl溶液浓度每升高1%,3.974 MHz的超声波声速增加13.637 m/s,16.574 MHz的声波声速增加11.757 m/s.在此基础上,分析了不同频率的超声波对实验规律的影响,认为不同频率的超声波在相同条件下测量的溶液中声速大小的不同源于测量的随机误差.     

基于MATLAB的变频定距法测量声速的研究

利用声卡和matlab设计了一套变频定距法测量声速的装置,喇叭和麦克风放在共鸣管的一端,保持共鸣管水面高度不变,通过matlab软件控制声卡改变喇叭的发声频率,当反射波和入射波信号发生相遇时,可以从频谱图上看出干涉加强或干涉相消时的频率,从而得到声速。实验结果和理论声速相比较,百分偏差最大为1.66%。     

圆锥标模高超声速俯仰自由振动试验与分析

为解决自由振动式动导数试验技术在大尺度高超声速风洞中,高气动载荷环境与低频率模拟要求之间的突出矛盾,进一步提高高超声速飞行器较低气动阻尼的测量精度,发展了基于组合式动导数天平的Ф 1 m量级高超声速风洞自由振动试验技术.设计组合式动导数天平,轴承组件承载模型轴向和法向气动力,弹性应变梁提供系统恢复力矩,并可根据减缩频率的要求调整系统自由振动频率,有效提高了天平承载能力,拓展了试验频率模拟范围.在中国空气动力研究与发展中心Ф 1 m高超声速风洞,利用本系统进行了10°半锥角不同钝度圆锥标模俯仰动导数校测试验,所测俯仰动导数与文献结果最大相对误差在6%以内,验证了试验系统和测试结果具有较好的稳定性与重复性.      

含红外发散的低温玻璃超声声速理论

本文采用红外发散和隧道态模型,讨论玻璃超声声速在3K温度以下的行为。我们把声速的改变看作两部分组成:无弛豫过程和有弛豫过程。前者采用“玻色型元激发”理论处理;后者采用“含红外发散的隧道弛豫”理论处理。我们不但得到与实验符合较好的声速-温度曲线,并且解释了一般频率下(10⁷Hz,T为0.3—1K),声速与频率无关的lnT规律和高频下(2GHz,T<0.1K)声速存在极小值的现象。 关键词：     

利用智能手机测量不同传播介质中声速的实验装置设计

利用智能手机自制简易实验装置，搭建了一套驻波法声速测量系统，实现了声波在空气和不同液体介质中的传播速度的准确测量。实验使用手机FreqCounter APP产生单频声波信号，采用DaTuner APP软件检测实时频率和声音强度，通过测得相邻波腹或波节间的距离，根据其与频率和声速间的关系即可求出所测声速值。所取得实验结果与理论值具有良好的一致性。     

可变温声速测量仪的设计制作

本文介绍一种用简易低频数字信号发生器做信号源,用晶体管PN结做温度传感器,用电压值显示相关测量位置声波振幅大小,频率、温度均可调可控的可闻声声速测量装置。该装置可在多种不同频率下测量声速,测量时不需要示波器,运行成本低,抗干扰能力强、噪音小,测量结果准确。     

基于大掠射角海底反射特性的深海地声参数反演

海底声学参数的获取对于海洋声学研究有着重要意义.通过推导分层吸收介质下的海底反射系数,理论分析了大掠射角条件下吸收系数对海底反射系数的影响.海底反射系数随频率振荡过程中,将其等于海水-沉积层界面反射系数模时所对应的频点定义为1/4振荡周期频率.在该频率下,沉积层吸收系数与基底地声参数的耦合程度小于其他频点.本文基于大掠射角下的海底反射特性,提出一种深海地声参数分步反演方法.首先,利用相关法提取得到海底反射系数的干涉周期,利用干涉周期反演了沉积层声速和厚度.声速的反演结果结合Hamilton经验公式反演密度.第二步,通过结合基底声速的穷举边界,给出沉积层吸收系数的假设值,利用1/4振荡周期频率下的海底反射系数对基底声速进行一维反演.最后利用半波层频率下的海底反射系数对沉积层吸收系数进行一维反演.大掠射角海底反射特性结合分步反演,实现了基底声速和沉积层吸收系数一定程度的解耦合.实验结果表明,在大掠射角测量条件下,该方法反演的地声参数可有效应用在一定范围内的传播损失预报.     

多普勒效应测量声速实验的设计

介绍了设计性实验"多普勒效应测量声速."该实验要求学生理解多普勒效应测量声速的原理,利用气垫导轨实验和声速的测定实验仪器,设计出一套多普勒效应测量声速的实验装置,并利用该实验装置测量声速.     

通过脉冲超声速度研究谷类茎部组织的生长

超声声速可用来研究谷类茎部组织的发育。通过脉冲波在茎轴线方向上的传播,测量了频率为0.1MHz的纵波声速。样品是薄圆筒,它是在植物生长过程中每3—7天从植物的同一节间位置得到的。植物从生长到成熟过程中,其超声声速由400m/s增加到5000m/s。声速的变化决定于组织发育的不同阶段,厚膜组织中微原细胞纤维素的沉积和细胞壁中生理水的损失对声速的影响最为明显。脉管束纤维的木质化过程将引起脉冲声速的微小变化。由于茎部的发育程度与声速     

南海北部海域声速剖面水平变化环境声学层析

为获取水平变化的海水声速分布,在等效平均海水声速反演基础上,提出了一种声速剖面水平变化环境声学层析方法。首先利用经验正交函数结合匹配场处理方法反演不同距离下的等效平均声速剖面,进而通过逐步迭代重构出随水平距离变化的声速场分布,并通过数值仿真及海上实验两方面验证了声速剖面水平变化环境声学层析方法的可行性及其准确性。结果表明:声速剖面水平变化环境声学层析结果与实验测量声速剖面均方根误差小于0.8 m/s,利用声传播信号基本能较为准确地重构出随距离水平变化的海水声速分布,为进一步层析中尺度三维结构及声呐水声环境保障应用奠定了基础。      

简易超声干涉仪的安装

媒质中声速的测量具有重要的实际和理论意义。在测量液体声速的近代方法中,超声干涉仪比较简单,精度高并应用广。 干涉仪测声速的基本原理是:在被测液体中,当超声辐射板与反射板之间的距离发生相对变化时,超声辐射板的阻抗将随之周期改变,从而可以直接确定声波波长λ,然后再乘以已知的超声频率υ,即可求得声速v=λυ。     

猪的新鲜离体软组织的超声衰减和速度

本文使用脉冲插入取代法测量了猪的6种新鲜软组织(血管、脑、肾、心、脾及肝)的超声衰减和传播速度。在37℃下,6种软组织的超声衰减系数a_s与频率a_s-f~n之间均满足幂函数关系。在所研究的l—13MHz频段内,n值在0.96—1.39之间。六种软组织的超声速度均表现出微量但颇为明显的频散现象,在5—13MHz频段内平均频散量为0.11—0.38m/s.在7一37℃温度范围内对脑组织超声衰减和传播速度的研究表明:声速(1MHz)随温度单调上升,变化趋势与水中声速类似。声衰减(1、3、5MHz)则随温度上升而下降,但对较低频率,下降的速度变缓。6种软组织的声速值(5MHz,37℃)近似地与它们各自的总蛋白含量成正比,蛋白含量每增加1％约使声速升高2.9m/s。     

利用海洋环境噪声估计浅海海底表层声速

为提高反演效率,提出一种快速估计浅海海底表层声速的方法。根据噪声能流理论,垂直阵接收的海洋环境噪声数据能够用于无源提取海底反射损失,反射损失曲线中具有明显的临界角效应,从而接估计海底表层声速。以射线模型为基础,推导了噪声提取的反射损失与理论值之间的差异,并讨论实际阵列波束形成在不同角度和频率下的性能。考虑到非等声速环境下声线会发生弯曲,需对角度进行修正以提高方法的广泛适用性。不同频率的临界角与有效深度之间存在对应关系,黄海某海区数据处理结果表明,在临界角不变的有效深度内,海底表层可以视为等声速层,该海区海底表层0.5 m内声速估计结果为1547 m/s,与有源反演结果相近。      

声速测定实验中超声换能器的非线性行为

在声速测定实验中,通过频谱分析、幅频特性曲线和相图,研究了发射和接收超声换能器在不同频率的驱动下从线性状态转变成非线性状态的过程,观察了超声换能器表现出的准周期态、倍频现象、磁滞和双稳态现象等丰富的动力学行为.