[發明專利]一種基于相位差的高精度聲速測量裝置

在審

• 申請號: 201711423089.2
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN107941320A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 王歸新;鄭啟;方鑫;陳俊翔
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01H5/00
• 分類號: G01H5/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本發明涉及聲速測量技術領域，具體涉及一種基于相位差的高精度聲速測量裝置。

背景技術

聲速是聲學研究的重要的基本參量，通過聲速測量，可以間接測量材料的切變模量、彈性模量和密度等參量，聲速測量被廣泛應用于無損檢測等領域，在工業生產中具有一定的實用意義。

聲速的測量是大學物理實驗的重要內容，常用方法有：共振法、相位法和時差法。傳統相位差法測聲速采用示波器觀察發射波與接收信號垂直振動合成的李薩如圖形來確定相位差。而使用示波器觀察李薩如圖形時很容易出現人為誤差，且無法避免。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于相位差的高精度聲速測量裝置，它主要是為了解決現有聲速測量主要依靠示波器來觀察發射信號以及接收信號，非常容易存在人為誤差，且無法避免的技術問題。

為了實現上述的技術特征，本發明采用的技術方案是：

一種基于相位差的高精度聲速測量裝置，它包括信號發射器，信號發射器的信號輸出端與發射換能器的輸入端連接，相位差測量模塊的輸入端分別與發射換能器、接收換能器的輸出端連接，相位差測量模塊的輸出端與處理器連接，處理器的輸出端與顯示模塊連接，發射換能器與接收換能器均設置在支架上，發射換能器的發射端與接收換能器的接收端相對設置。

上述發射換能器與接收換能器可在同一支線上作接近、遠離的運動。

上述支架包括測量尺，發射換能器或接收換能器與測量尺活動連接。

上述測量尺上設有滑動機構，發射換能器或接收換能器與滑動機構連接。

上述滑動機構包括滑槽連接件或滑輪連接件。

上述測量尺為游標卡尺。

上述接收換能器的輸出端通過放大器與相位差測量模塊連接。

上述處理器的輸入端分別與溫度采集模塊連接。

進行聲速測量時，采用以下步驟：

1)通過測量獲得發射換能器與接收換能器之間的間距；

2)相位差測量模塊測量發射換能器輸入端、接收換能器輸出端信號的相位差，通過顯示模塊顯示相位差，并記載；

3)調整并增加發射換能器、接收換能器之間的間距，第二次出現步驟2)中的相位差時，測量獲得發射換能器與接收換能器之間的間距；

4)記載步驟3)中測量的間距與步驟1)中測量的間距的差值；

5)通過聲速測量的計算公式，計算得出聲速。

上述聲速計算公式為v＝fλ，其中聲速v，單位m/s；頻率f，單位Hz；波長λ，單位m。

本發明具有如下技術效果：

采用上述結構，相比于現有技術，本發明通過測量尺、發射換能器、接收換能器、處理器、顯示器的協同配合，能很好的實現信號相位差、信號波長的測量，從而簡便、精確的得到聲速，省去了通過觀察示波器進行聲速測量相關的繁瑣步驟。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1為本發明的系統框架示意圖；

圖2為本發明裝置部分結構示意圖；

圖3為相位差測量電路接線圖；

圖4為相位差測量芯片輸出電壓原理圖；

圖5為放大電路原理圖；

圖6為溫度傳感器電路圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于相位差的高精度聲速測量裝置，它包括信號發射器1，信號發射器1的信號輸出端與發射換能器2的輸入端連接，相位差測量模塊3的輸入端分別與發射換能器2、接收換能器4的輸出端連接，相位差測量模塊3的輸出端與處理器5連接，處理器5的輸出端與顯示模塊10連接，發射換能器2與接收換能器4均設置在支架6上，發射換能器2的發射端與接收換能器4的接收端相對設置。

所述發射換能器2與接收換能器4可在同一支線上作接近、遠離的運動，非常方便的使發射換能器和接受換能器作相對運動，然后很好的配合圖1中的其它模塊，進行波長的測量。

所述支架6包括測量尺7，發射換能器2或接收換能器4與測量尺7活動連接，測量尺安裝于發射換能器和接受換能器上方，方便測量兩者的間距。

所述測量尺7上設有滑動機構11，發射換能器2或接收換能器4與滑動機構連接。

所述滑動機構包括滑槽連接件或滑輪連接件。

所述測量尺7為游標卡尺。

所述接收換能器4的輸出端通過放大器8與相位差測量模塊3連接，放大電路將接收換能器接收到弱信號進行兩次反向放大，方便相位測量芯片識別。

其中，溫度對聲速影響較大，故溫度采集模塊提供當前的溫度信息，提高測量的科學性。