[發明專利]一種利用聲懸浮液滴測量液體中聲壓振幅的方法

有效

• 申請號: 201710132675.5
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN107014476B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 羅小明;曹聚杭;閆海鵬;何利民;呂宇玲
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 張中南;邱岳

1.一種利用聲懸浮液滴測量液體中聲壓振幅的方法，其特征在于包括以下步驟：該方法首先將連續相液體加入前面板設有刻度的透明矩形槽體，使用微量移液器向連續相液體中滴加微小的與連續相液體不互溶的液滴，開啟位于矩形槽體底部的超聲波換能器，并通過功率放大器調節超聲波換能器的輸出功率，使得微小液滴在連續相液體中恰好懸浮；通過設置在矩形槽側方位的高速攝像儀拍攝微小液滴的圖片1，此時微小液滴位于高速攝像儀的焦距處；隨后使高速攝像儀沿其焦距方向水平移動，使矩形槽體的刻度位于高速攝像儀的焦距處，拍攝矩形槽體前面板的圖片2，對圖片1和圖片2進行圖像處理分析，數據化微小液滴在該電功率下的懸浮位置；逐漸增大功率放大器輸出功率，依次得到微小液滴在不同電功率下的懸浮位置，高速攝像儀重復拍攝微小液滴與前面板的圖片，進行圖像處理，數據化微小液滴在不同電功率下的懸浮位置；最后通過微小液滴的懸浮位置來反算連續相中不同超聲電功率下聲壓振幅的大小，位置越接近壓力波節，連續相中的聲壓振幅越大；

所述調節功率放大器輸出功率，使得微小液滴在介質中恰好懸浮，對應微小液滴的懸浮位置為壓力波節下方λ/8處，λ為連續相中的聲波波長；

上述數據化微小液滴在該電功率下懸浮位置的方法包括如下操作：

(1)首先將高速攝像儀拍攝得到的微小液滴圖片1和矩形槽體前面板圖片2利用計算機圖像處理軟件疊加在一起，合成圖片3；

(2)然后，利用計算機處理圖片3，獲得微小液滴在圖像中豎直位置；

(3)最后，以矩形槽體前面板上的刻度線為參考，將微小液滴在圖像中的豎直位置換算成微小液滴在矩形槽體前面板刻度中的位置坐標，

該位置水平線即為微小液滴懸浮的最低位置，將微小液滴懸浮的最低位置設置為豎直方向的零基準線。

2.根據權利要求1所述的一種利用聲懸浮液滴測量液體中聲壓振幅的方法，其特征在于：所述加入矩形槽體中的連續相液體高度為連續相液體中半波長的整數倍，以此在連續相液體中建立駐波場。

3.根據權利要求1所述的一種利用聲懸浮液滴測量液體中聲壓振幅的方法，其特征在于：所述使用微量移液器向連續相液體中滴加微小液滴中，通過實驗研究發現，微小液滴粒徑的大小對懸浮位置沒有影響，本方法施加的微小液滴直徑大小在700μm到2400μm之間。

4.根據權利要求1所述的一種利用聲懸浮液滴測量液體中聲壓振幅的方法，其特征在于上述通過微小液滴的懸浮位置來反算連續相中不同超聲電功率下聲壓振幅的大小：

首先將不同電功率下的微小液滴位置坐標轉換成零基準線下的相對坐標，再將微小液滴的相對位置坐標無量綱化，即所有坐標均除以λ/8，將無量綱化的坐標代入聲壓的反算公式(1)中的z′，將連續相液體與微小液滴的物性數據代入公式(1)中相應的參數，計算得到連續相中的聲壓振幅的大小P_a，

所述聲壓的反算公式如下：

其中ρ_w為微小液滴的密度，ρ_o為連續相的密度，g為重力加速度，P_a為連續相中的聲壓振幅，λ為連續相中的聲波波長，c_o為連續相中的聲速，為微小液滴的密度與連續相的密度的比值，σ為微小液滴中的聲速與連續相中的聲速的比值。