大尺寸弹性材料中声速的实验室测量方法研究

针对大尺寸弹性材料中声速的测量问题,将传统穿透测量法与分层介质中的射线声学理论相结合,设计了一种在水池中反演测量材料中纵、横波声速的方法.该方法使用水听器接收透过待测材料后到达的高频水声信号,依据实测信号传播时间与理论值比较代价函数,最终利用寻优算法计算材料中的两类声速。本方法既克服了传统方法不能同时获得材料内纵、横波声速的缺点,又可保证待测材料的完整性。利用开发的测量系统,水池实际测量结果的不确定度小于3.5%     

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法*

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。     

声速测量装置的改进

采用低频数字信号源推动小型扬声器做声源,用静电式驻极体传感器做拾音器,对传统的声速测量装置进行了改进.改进后的装置不仅能测量不同频率的声速,而且又降低了成本.本文详细介绍了电路的组成及测量结果.     

声速测量实验仪的改进

针对原有声速测量仪中存在的不足,利用单片机、步进电机等器件构建控制电路,通过识别信号强度强弱变化来代替原有实验仪中手动操作,提高了实验精度.     

用于空气声测量的质点振速传感器

矢量传声器的核心组成器件是质点振速传感器,该传感器具有与频率无关的‘8'字指向性。本文在分析空气声质点振速传感器工作原理基础上,采用数值分析方法系统研究了质点振速传感器中敏感头桥式结构尺寸、热扩散和材料比热容等参数对频率响应的影响,着重分析了质点振速传感器最优灵敏度和低通滤波器效应。根据优化设计结果,采用MEMS工艺技术加工出敏感头桥式结构,并测试了0℃条件下Pt的电阻值R和热阻温度系数θ,以及传感器的频响曲线和‘8'指向性。实验结果表明:空气声质点振速传感器具有良好的声学性能。     

用于空气声测量的质点振速传感器

矢量传声器的核心组成器件是质点振速传感器,该传感器具有与频率无关的‘8'字指向性。本文在分析空气声质点振速传感器工作原理基础上,采用数值分析方法系统研究了质点振速传感器中敏感头桥式结构尺寸、热扩散和材料比热容等参数对频率响应的影响,着重分析了质点振速传感器最优灵敏度和低通滤波器效应。根据优化设计结果,采用MEMS工艺技术加工出敏感头桥式结构,并测试了0℃条件下Pt的电阻值R和热阻温度系数θ,以及传感器的频响曲线和‘8'指向性。实验结果表明:空气声质点振速传感器具有良好的声学性能。     

声速测量实验有关问题的研究

在物理实验中常利用在1对换能器之间形成的驻波测量声速.该实验是通过调节两换能器之间的距离观察接收换能器上声压(幅度或相位)变化规律获得波长.但部分文献在陈述换能器上声压随两换能器之间的距离的变化关系时,没有表达清楚或者表述错误.本文以一维黏性媒质波动方程为基础,详细给出了声压随两换能器之间的距离的变化关系.     

Pulse-echo measurement of longitudinal sound velocity in nanometer thin films

We propose a method to measure the longitudinal sound velocity in thin films of a few nanometer thickness using laser-based picosecond ultrasonics. In periodic multilayer structures, picosecond pulse-echo techniques were used to measure the effective sound velocity, which is related to the velocities of individual constituents through the superlattice phonon dispersion relation. The individual sound velocities can then be extracted, provided two or more effective velocities are obtained from multilayers of different thickness ratios. Longitudinal sound velocities in ion-beam sputtered Mo and amorphous Si films of 2 to 5 nm thickness have been determined to be 98 and 94% of the bulk speed, respectively. We believe this technique has general applicability to sound velocity measurement in ultra-thin films. PACS 68.60.Bs; 68.65.Ac; 78.47.+p     

Bulk sound velocity of porous materials at high pressures

A correction of Walsh's method for bulk sound velocity calculation for shocked porous materials is accomplished based on the Wu－Jing thermodynamic equation of state. The corrected bulk velocities for solid and porous samples with low porosities are in good agreement with the corresponding experimental data published previously. On the basis of this corrected equation, the influence of thermoelectrons on the bulk velocity of shocked materials is discussed in detail at pressures of 50, 70 and 200 GPa. Some interesting phenomena are revealed, which seem to be the unique features of a dynamic-pressure-loading process and could not be found in static experiments.     

Simultaneous measurement of sound velocity and wall thickness of a tube.

A method for simultaneously measuring the sound propagation velocity and the thickness of each wall on the opposite sides of a tube is presented. The method uses a pair of ultrasound transducers to produce two reflected pulses from the outer and inner surfaces of the tube wall on the each side, and two transmitted pulses, one with and one without the tube sample between the two transducers. Using the time-domain analysis, sound velocity and wall thickness of the tube are determined from the time delays between the three pairs of ultrasound pulses, whereas using the frequency-domain analysis, phase velocity, group velocity, and wall thickness of the tube are determined from the phase differences between the three pairs of ultrasound pulses. Results of measurements on five tube samples are reported.     

声悬浮及声速测定实验仪的设计

《声速测定》是大学物理实验中比较普遍的一个综合性实验。在声速测定实验仪的基础上,改进了信号源,并制作了声悬浮配件,使其实现既可以用多种方式测量声速,又可演示声悬浮实验现象。声悬浮及声速测定实验仪悬浮稳定性强,声速测定准确,仪器造价低,使用方便,这样设计节省了实验室资源和空间。     

Exploiting the laboratory measurement of sound transmission loss by the sound intensity technique

The sound intensity measurement technique is employed to determine the transmission loss of panels in a laboratory situation. An experimental procedure is established, the technique validated, and subsequently exploited to determine transmitted intensity contours for two sizes of panel, as well as to examine the influence of a deliberately introduced construction fault.     

使用脉冲声和矢量传声器的现场测量吸声系数

使用不同声源利用矢量传声器对毛毡材料进行现场吸声系数测试,研究了不同背景下不同声源的抗噪能力。矢量传声器可以同时测得声压和质点振速信号,进而可计算得到阻抗,利用自由空间和材料表面的阻抗可计算得到材料的吸声系数。在此次实验中,使用不同声源分别在无干扰和有一白噪声干扰源的两种情况下进行测试。结果表明,使用对数扫频脉冲和巴特沃斯脉冲测试所得的吸声系数曲线更平滑,说明脉冲声可以有效降低环境反射的影响,在高噪声背景下使用对数扫频脉冲测试所得的结果基本没有受到背景噪声的影响,说明对数扫频脉冲的抗噪能力更强。因此,使用对数扫频脉冲作为声源进行测试可有效减弱环境反射和背景噪声的影响。     

超声光栅测声速的方法运用到液体表面波波速的测量

理论上分析了超声光栅衍射和液体表面波光栅衍射,得到了表面波光栅衍射图样与表面波参数的解析关系.实验上得到清晰的衍射图样,利用表面波光栅衍射法测量了液体表面波波速,实验结果与理论值误差不超过1%.     

气液两相流中的声速研究

气液两相流在工业各领域中广泛存在,而声速是描述其声学性质的一个重要参数。本文从流体的体积弹性模量的定义出发,推导了气液两相流中的声速随含气率的变化关系式,即混合流体的Wood声速公式,将其声速的部分计算结果和其他作者的实验数据进行了比较,吻合良好。并通过COMSOL有限元模拟软件得到不同气体分布下圆管谐振腔最低阶模式的共振频率,间接数值模拟研究了含气率对声速的影响。模拟结果与理论计算结果一致,当气液两相流中含气率较低时,声速随含气率的增大急剧减小。本研究结果为确定声速与气液两相流中的含气率间的关系提供了参考依据。     

碘化钠弹性常数和声速的量子力学从头算

采用从头算平面波赝势(PWP)方法结合电子交换关联能的广义梯度近似(GGA)理论,对不同压力下碘化钠的晶体结构进行几何优化计算,得到体系的最稳定优化构型和相应的能量,利用胡克定律计算得到了相应压力下的弹性性质,取得了碘化钠单晶在零温条件下、压力0~30 GPa范围内弹性常数与压力的关系.根据弹性波在晶体中的传播行为求解了碘化钠单晶[100][、110]、[111]三个主要方向的声速.     

新型声速测定仪的研制

论述了新型声速测定仪的结构、工作原理和实验内容，阐述了几种测媒质中超声波波速的方法。     

Effects of compression on the sound absorption of porous materials with an elastic frame

The absorption characteristics of a porous material are well known to vary during compression. The transfer matrix method is applied with an elastic frame to explore the effect of compression on absorption properties. In this work, the materials are treated as elastic rather than being made of rigid models. The absorption coefficients of the uncompressed and compressed porous material are initially calculated and verified from the experimental measurements. Then, numerical predictions of absorption coefficient are made for the compressed porous material.     

风场环境中声速修正的分布式声源定位算法

为减小声速误差对定位精度的影响,提出了一种基于声速修正的分布式声源定位方法。首先,将声速表示为未知声源位置的函数,逼近风场中的声速场分布,然后将其代入TDOA (Time Differences of Arrival)算法中,构建非线性超定方程组,最后采用粒子群优化算法求解声源位置。对不同风速、不同声源位置及不同测试区域进行仿真,结果表明:修正后的定位精度比修正前有明显提高,尤其对于大范围并且声源靠近测试区域边缘位置的定位系统,改善更加明显;4个节点的定位系统实验结果表明,修正后的定位误差可降至修正前的4l%,该方法能更好的应用于风场中的定位系统。     

水中声速的测量

将空气中声速测量实验拓展至水中声速的测量,将NaCl溶于水中,制成不同浓度的盐水来模拟海水,对不同盐分的"海水"中的声速进行了测量.结果表明,随着海水盐度的增加,声速也增加.