本發(fā)明涉及聲學(xué)探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

廣闊的江河湖海海底布滿沉積物，沉積物的聲學(xué)特性是研究存在于水中的沉積物的最有效方法。以海底沉積物為例，其是海洋物理和工程研究的重要對(duì)象，其聲學(xué)特性研究一直備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視，是船艦航行、潛艇潛行、海底資源探測(cè)、海洋工程作業(yè)等必須知道和了解的特性。海底沉積物聲學(xué)特性包含兩個(gè)主要的特性參數(shù)：聲速和聲衰減，其中，聲速反應(yīng)出聲波在海底傳播的快慢程度；聲衰減反映出海底底質(zhì)對(duì)聲波傳播或地震波作用距離的影響。

目前對(duì)沉積物的聲學(xué)測(cè)量主要有聲學(xué)遙測(cè)、原位測(cè)量和采樣測(cè)量。由于采用的頻率段不一致，測(cè)量得到的聲學(xué)特性存在著較大的差異，而理論研究表明，海底沉積物的聲速和聲衰減都是與測(cè)量頻率密切相關(guān)的，現(xiàn)有各種測(cè)量方法只適用于各自的測(cè)量頻率段，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)從低頻(如10Hz)到高頻(如500kHz)之間的頻率的測(cè)量。而這三種測(cè)量方法相互之間是不可替代的，需要將三種測(cè)量方法的相互比較聯(lián)系起來(lái)。為海洋工程、航海航運(yùn)、海洋軍事、資源勘探等服務(wù)。

因此，亟需研究測(cè)量頻率對(duì)海底沉積物的聲學(xué)特性的影響，從而將各種測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果能夠統(tǒng)一起來(lái)，互相借鑒。當(dāng)前在實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)量手段，因?yàn)榈皖l噪聲、樣品尺寸等問題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻的一系列的測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置及方法，解決了實(shí)驗(yàn)室測(cè)量樣品低頻聲學(xué)特性的困難，同時(shí)能夠開展從低頻到高頻的測(cè)量，且保證了在對(duì)樣品高低頻聲學(xué)特性進(jìn)行測(cè)量時(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置，包括：

聲學(xué)發(fā)射換能器、水聽器組、聲波儀、聲波導(dǎo)柱和樣品管；

所述聲學(xué)發(fā)射換能器通過(guò)所述聲波導(dǎo)柱與所述樣品管一側(cè)連接；

所述聲波導(dǎo)柱和所述樣品管中的樣品端面耦合連接；

所述水聽器組設(shè)置于所述樣品管頂部，并且插入樣品管頂部的測(cè)量孔與樣品耦合連接；

所述聲波儀的第一輸出端與所述聲學(xué)發(fā)射換能器，所述聲波儀的第一接收端與所述水聽器組連接；

其中，所述聲學(xué)發(fā)射換能器將測(cè)試波信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波，并射入待測(cè)樣品中，使得所述低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波，所述水聽器組中的各個(gè)水聽器采集到所述第二聲波并生成相應(yīng)信號(hào)發(fā)送至聲波儀進(jìn)行聲學(xué)特性解析。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置還包括：水平接收換能器；

所述水平接收換能器一端與所述樣品管中的樣品另一端面耦合連接；

所述水平接收換能器另一端和所述聲波儀的第一接收端連接。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置還包括：真空箱；

所述水聽器組、所述樣品管、所述水平接受換能器和所述聲波導(dǎo)柱均設(shè)置于所述真空箱中；

所述水聽器組的水聽器采樣端與所述樣品管中的樣品徑向耦合連接。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置還包括：真空吸氣閥和真空泵；

所述真空吸氣閥與所述真空泵連接；

所述真空吸氣閥設(shè)置在所述真空箱一側(cè)。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置還包括：主機(jī)；

所述主機(jī)和所述聲波儀的第二接收端和第二輸出端連接。

優(yōu)選地，所述聲波儀，用于將第二信號(hào)進(jìn)行放大處理，并生成第三信號(hào)發(fā)送至所述主機(jī)，所述主機(jī)根據(jù)所述第三信號(hào)進(jìn)行解析并計(jì)算樣品的聲學(xué)特性。

優(yōu)選地，所述水聽器組包括針式水聽器組和平面水聽器；

所述針式水聽器組包括至少2個(gè)針式水聽器，兩兩所述針式水聽器相隔預(yù)置距離；

所述平面水聽器為水平設(shè)置。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量方法，通過(guò)以上所述的真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，其特征在于，包括：

通過(guò)聲學(xué)發(fā)射換能器將測(cè)試波信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波，并射入待測(cè)樣品中，使得所述低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波；

通過(guò)水聽器組中的各個(gè)水聽器采集到所述第二聲波并生成相應(yīng)信號(hào)發(fā)送至聲波儀進(jìn)行聲學(xué)特性解析。

優(yōu)選地，所述通過(guò)聲學(xué)發(fā)射換能器將測(cè)試波轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波，并射入待測(cè)樣品中，低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波具體包括：

通過(guò)聲波儀接收主機(jī)發(fā)送的測(cè)試波信號(hào)，并根據(jù)所述測(cè)試波信號(hào)生成相應(yīng)的電信號(hào)觸發(fā)聲學(xué)發(fā)射換能器，聲學(xué)發(fā)射換能器將測(cè)試波形信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波射入待測(cè)樣品中，使得所述低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波。

優(yōu)選地，所述通過(guò)水聽器組中的各個(gè)水聽器采集到所述第二聲波并生成相應(yīng)信號(hào)發(fā)送至聲波儀進(jìn)行聲學(xué)特性解析具體包括：

通過(guò)水聽器組中的各個(gè)水聽器采集到所述第二聲波并生成相應(yīng)的第二信號(hào)發(fā)送至聲波儀，聲波儀將第二信號(hào)進(jìn)行放大處理，并生成第三信號(hào)發(fā)送至主機(jī)，主機(jī)根據(jù)所述第三信號(hào)進(jìn)行解析并計(jì)算樣品的聲學(xué)特性。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置及方法，其中，真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置包括：聲學(xué)發(fā)射換能器、水聽器組、聲波儀、聲波導(dǎo)柱和樣品管；所述聲學(xué)發(fā)射換能器通過(guò)所述聲波導(dǎo)柱與所述樣品管一側(cè)連接；所述聲波導(dǎo)柱和所述樣品管中的樣品端面耦合連接；所述水聽器組設(shè)置于所述樣品管頂部，并且插入樣品管頂部的測(cè)量孔與樣品耦合連接；所述聲波儀的第一輸出端與所述聲學(xué)發(fā)射換能器，所述聲波儀的第一接收端與所述水聽器組連接；其中，所述聲學(xué)發(fā)射換能器將測(cè)試波信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波，并射入待測(cè)樣品中，使得所述低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波，所述水聽器組中的各個(gè)水聽器采集到所述第二聲波并生成相應(yīng)信號(hào)發(fā)送至聲波儀進(jìn)行聲學(xué)特性解析，解決了實(shí)驗(yàn)室測(cè)量樣品低頻聲學(xué)特性的困難，同時(shí)能夠開展從低頻到高頻的測(cè)量，且保證了在對(duì)樣品高低頻聲學(xué)特性進(jìn)行測(cè)量時(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量方法的另一流程示意圖。

其中，圖中標(biāo)記如下所述：

1.聲學(xué)發(fā)射換能器 2.聲波導(dǎo)柱 3.樣品管 4.水平接收換能器 5.水聽器組 6.聲波儀 7.主機(jī) 8.真空吸氣閥 9.真空泵 10.真空箱

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置及方法，解決了實(shí)驗(yàn)室測(cè)量樣品低頻聲學(xué)特性的困難，同時(shí)能夠開展從低頻到高頻的測(cè)量，且保證了在對(duì)樣品高低頻聲學(xué)特性進(jìn)行測(cè)量時(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置，包括：

聲學(xué)發(fā)射換能器1、水聽器組5、聲波儀6、聲波導(dǎo)柱2和樣品管3；

聲學(xué)發(fā)射換能器1通過(guò)聲波導(dǎo)柱2與樣品管3一側(cè)連接；

聲波導(dǎo)柱2和樣品管3中的樣品端面耦合連接；

水聽器組5設(shè)置于樣品管3頂部，并且插入樣品管3頂部的測(cè)量孔與樣品耦合連接；

聲波儀6的第一輸出端與聲學(xué)發(fā)射換能器1，聲波儀6的第一接收端與水聽器組5連接。

其中，聲學(xué)發(fā)射換能器1將測(cè)試波信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波，并射入待測(cè)樣品中，使得低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波，水聽器組5中的各個(gè)水聽器采集到第二聲波并生成相應(yīng)信號(hào)發(fā)送至聲波儀6進(jìn)行聲學(xué)特性解析。

在本實(shí)施例中，聲學(xué)發(fā)射換能器1基于聲波儀6的電信號(hào)，產(chǎn)生適合于測(cè)量的低頻和高頻的聲波，在低頻時(shí)(如20kHZ以下)為磁致伸縮換能器，產(chǎn)生低頻觸發(fā)聲波；在中、高頻時(shí)(如20kHZ以上)，為壓電陶瓷換能器。

聲波儀6用于將主機(jī)7的測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)觸發(fā)聲學(xué)發(fā)射換能器1，同時(shí)將水聽器組5的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸給主機(jī)7。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置還包括：水平接收換能器4；

水平接收換能器4一端與樣品管3中的樣品另一端面耦合連接；

水平接收換能器4另一端和聲波儀6的第一接收端連接。

在本實(shí)施例中，水平接受換能器4用于接收被測(cè)樣品傳播的聲波振動(dòng)并拾取進(jìn)入到聲波儀6中，用于比對(duì)水聽器組5接收到的信號(hào)，可以用于整個(gè)實(shí)驗(yàn)的校正、對(duì)比和分析。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置，還包括：真空箱10；

聲波導(dǎo)柱2一端通過(guò)耦合劑與聲學(xué)發(fā)射換能器1相連接，另外一端與真空箱10內(nèi)的樣品管3中的樣品端面通過(guò)耦合劑相連，用于聲學(xué)發(fā)射換能器的聲波傳導(dǎo)進(jìn)入到測(cè)量樣品中；

水聽器組5、樣品管3、水平接收換能器4和聲波導(dǎo)柱2均設(shè)置于真空箱中10。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置，還包括：真空吸氣閥8和真空泵9；

真空吸氣閥8與真空泵9連接；

真空吸氣閥8設(shè)置在真空箱10一側(cè)。

在本實(shí)施例中，真空泵9將真空箱10的空氣吸出，氣體壓力達(dá)到-0.1個(gè)大氣壓力，隔絕聲波通過(guò)空氣傳播，保證聲波從被測(cè)樣品中傳播進(jìn)入水聽器。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置，還包括：主機(jī)7，主機(jī)7包括用于存儲(chǔ)所述各信號(hào)的存儲(chǔ)器和顯示器，作為聲波儀操作控制、參數(shù)設(shè)置和第一信號(hào)選擇的交互顯示界面，用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解析并計(jì)算沉積物的聲學(xué)特性的處理器；

主機(jī)7和聲波儀6的第二接收端和第二輸出端連接。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置所包含的水聽器組5的水聽器采樣端與樣品管3中的樣品徑向耦合連接，水聽器組包括至少一個(gè)水聽器。

在本實(shí)施例中，水聽器組包括針式水聽器組和平面水聽器；

針式水聽器組包括至少2個(gè)針式水聽器，兩兩針式水聽器相隔預(yù)置距離；

平面水聽器為水平設(shè)置。

在本實(shí)施例中，水聽器組5可以接收10Hz～500kHz的頻率范圍的聲波，具有平穩(wěn)的頻率響應(yīng)特性曲線，可以接收各種研究需要的信號(hào)。水聽器組豎直設(shè)置于所述承托支架上，組中各個(gè)水聽器的采樣端與樣品管3通過(guò)耦合劑相耦合，水聽器組5中各個(gè)水聽器的采樣端插入于樣品管3的徑向端且豎直設(shè)置于測(cè)量支架上。其中，所述水聽器組中至少包含兩個(gè)成一定距離間隔、并排設(shè)置的水聽器，且水聽器為針式水聽器，水聽器按照一定距離分開布置，豎直接觸被測(cè)樣品，將被測(cè)樣品傳播的聲波振動(dòng)拾取進(jìn)入到聲波儀中。

在本實(shí)施例中，聲波儀6接收主機(jī)7發(fā)送的根據(jù)當(dāng)前輸入的測(cè)試波類型生成的攜帶有測(cè)試波類型的第一信號(hào)，并根據(jù)所述第一信號(hào)生成相應(yīng)的電信號(hào)觸發(fā)聲學(xué)發(fā)射換能器1，聲學(xué)發(fā)射換能器1將測(cè)試波形信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波傳播進(jìn)入真空箱10中的待測(cè)樣品中。

水聽器組5中的各個(gè)水聽器采集低頻聲波或高頻聲波通過(guò)樣品后形成的第二聲波，并生成相應(yīng)的第二信號(hào)發(fā)送至聲波儀6，聲波儀6將第二信號(hào)進(jìn)行放大處理，并生成第三信號(hào)發(fā)送至主機(jī)7，主機(jī)7基于待測(cè)樣品生成的第三信號(hào)，進(jìn)行解析并計(jì)算沉積物的聲學(xué)特性。

請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量方法，包括：

101、通過(guò)聲學(xué)發(fā)射換能器將測(cè)試波信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波，并射入待測(cè)樣品中，使得低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波；

真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置通過(guò)聲學(xué)發(fā)射換能器將測(cè)試波信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波，并射入待測(cè)樣品中，使得低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波。

102、通過(guò)水聽器組中的各個(gè)水聽器采集到第二聲波并生成相應(yīng)信號(hào)發(fā)送至聲波儀進(jìn)行聲學(xué)特性解析。

真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置通過(guò)水聽器組中的各個(gè)水聽器采集到第二聲波并生成相應(yīng)信號(hào)發(fā)送至聲波儀進(jìn)行聲學(xué)特性解析。

請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量方法的另一實(shí)施例，包括：

201、通過(guò)聲波儀接收主機(jī)發(fā)送的測(cè)試波信號(hào)，并根據(jù)測(cè)試波信號(hào)生成相應(yīng)的電信號(hào)觸發(fā)聲學(xué)發(fā)射換能器，聲學(xué)發(fā)射換能器將測(cè)試波形信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波射入待測(cè)樣品中，使得低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波。

真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置通過(guò)聲波儀接收主機(jī)發(fā)送的測(cè)試波信號(hào)，并根據(jù)測(cè)試波信號(hào)生成相應(yīng)的電信號(hào)觸發(fā)聲學(xué)發(fā)射換能器，聲學(xué)發(fā)射換能器將測(cè)試波形信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的低頻聲波或高頻聲波射入待測(cè)樣品中，使得低頻聲波或高頻聲波通過(guò)待測(cè)樣品后生成第二聲波。

202、通過(guò)水聽器組中的各個(gè)水聽器采集到第二聲波并生成相應(yīng)的第二信號(hào)發(fā)送至聲波儀，聲波儀將第二信號(hào)進(jìn)行放大處理，并生成第三信號(hào)發(fā)送至主機(jī)，主機(jī)根據(jù)第三信號(hào)進(jìn)行解析并計(jì)算樣品的聲學(xué)特性。

真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置通過(guò)水聽器組中的各個(gè)水聽器采集到第二聲波并生成相應(yīng)的第二信號(hào)發(fā)送至聲波儀，聲波儀將第二信號(hào)進(jìn)行放大處理，并生成第三信號(hào)發(fā)送至主機(jī)，主機(jī)根據(jù)第三信號(hào)進(jìn)行解析并計(jì)算樣品的聲學(xué)特性。

以上實(shí)施例提供了一種真空高低頻聲學(xué)測(cè)量裝置及方法，解決了實(shí)驗(yàn)室測(cè)量樣品低頻聲學(xué)特性的困難，同時(shí)能夠開展從低頻到高頻的測(cè)量，且保證了在對(duì)樣品高低頻聲學(xué)特性進(jìn)行測(cè)量時(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。