專利名稱：梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法屬于聲波材料測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型的梯度介質(zhì)阻抗測(cè)試裝置及測(cè)試方法，用于獲得梯度介質(zhì)聲波阻抗。
背景技術(shù)：
梯度介質(zhì)的阻抗的精確測(cè)定在遙感應(yīng)用、聲通訊、聲納探測(cè)器、聲學(xué)及生物傳感器、納微米器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，梯度介質(zhì)的聲波阻抗特性是至關(guān)重要的參數(shù)，如何通過(guò)一次簡(jiǎn)單的測(cè)試試驗(yàn)，就可以精確的確定梯度介質(zhì)聲波阻抗特性一直是一個(gè)重要的測(cè)試技術(shù)難點(diǎn)。目前的各種測(cè)試方法中，只能針對(duì)梯度介質(zhì)的聲波阻抗參數(shù)進(jìn)行間接測(cè)試，及通過(guò)現(xiàn)有的程序或仿真軟件進(jìn)行計(jì)算仿真再進(jìn)行數(shù)值繁衍并與間接測(cè)量結(jié)果比較。如果吻合則計(jì)算中的參數(shù)即是測(cè)試的結(jié)果，否則需改變參數(shù)重新進(jìn)行計(jì)算比對(duì)。 這種方法雖然可以得到測(cè)試結(jié)果，但工作量巨大，計(jì)算精度不夠且效率較低。在梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法中，從材料聲學(xué)特性檢測(cè)的角度迫切需要一種能夠直接測(cè)試梯度介質(zhì)聲波阻抗的在環(huán)精確測(cè)試方法，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的安全進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)裝置維護(hù)?；蜻z傳算法高效而獨(dú)特的全局在環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)能力非常適合聲波阻抗的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。波阻抗測(cè)試是在不破壞被測(cè)試材料的情況下采用物理、力學(xué)等手段測(cè)試對(duì)象內(nèi)部和表面的各種聲學(xué)性能及缺陷，可用于機(jī)械，車(chē)輛，航空工業(yè)等急待解決的聲波阻抗測(cè)試難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種新型的梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，用于獲得該介質(zhì)聲波阻抗的測(cè)試。該裝置由函數(shù)發(fā)生器，電荷放大器，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，調(diào)制器，磁盤(pán)陣列， 電壓放大器，數(shù)據(jù)記錄儀，直流穩(wěn)壓電源構(gòu)成。所述的系列放大器依次為高通濾波、低通濾波、禁帶濾波選頻放大，函數(shù)發(fā)生器輸出可調(diào)余弦波，經(jīng)電荷放大器對(duì)信號(hào)放大，提供電磁線圈對(duì)梯度介質(zhì)進(jìn)行交變電磁所需的載荷。梯度介質(zhì)內(nèi)磁疇在交變載荷作用下釋放聲波噪訊，經(jīng)電壓放大器，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器和調(diào)制器輸出梯度介質(zhì)內(nèi)部的聲波噪訊。調(diào)制器對(duì)聲波噪訊采用龐加萊包絡(luò)。磁盤(pán)陣列用于存儲(chǔ)聲波信號(hào)，輸出的聲波信號(hào)經(jīng)編程器通過(guò)基因遺傳算法編制的程序?qū)?shù)據(jù)的采集進(jìn)行處理，與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的標(biāo)定曲線比對(duì)。所述的函數(shù)發(fā)生器，采用23Hz 76Hz可調(diào)諧交流技術(shù)，余弦波失真度小于 0.沈％，聲波阻抗檢測(cè)精度為1X10—3瑞利。所述的電荷放大器輸出的電流在27mA以下，動(dòng)態(tài)電壓為7V。所述的電磁線圈由厚度為0. 05mm的鎳鋼金屬線壓制而成。所述的聲波接受器使用新鮮、高純的W，Mo, Ti，F(xiàn)e和Al粉末燒結(jié)而成，它們的平均粒徑分別為1. 5,2. 3，60，79和102 μ m。充分混合后，在氬氣保護(hù)氣氛下熱壓，燒結(jié)。溫度為1561K，52MPa，時(shí)間為9小時(shí)。所述的電壓放大器為電磁屏蔽系列放大器，由三級(jí)放大構(gòu)成。
所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器濾波上限為1. 9MHz，下限為512KHZ。所述的調(diào)制器轉(zhuǎn)換電壓為0 7V，轉(zhuǎn)換精度為0. 012%。本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)為19V直流穩(wěn)壓供電系統(tǒng)。本發(fā)明主要包括聲波發(fā)射和接收系統(tǒng)，基因遺傳算法計(jì)算操作系統(tǒng)三部分。各個(gè)部分先后協(xié)同工作，共同完成梯度介質(zhì)的聲波阻抗測(cè)試?；蜻z傳算法目標(biāo)函數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)是，通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的聲波發(fā)射函數(shù)對(duì)梯度介質(zhì)的聲波特性非常靈敏，并優(yōu)化了聲波函數(shù)的搜索效率，再通過(guò)基因遺傳算法對(duì)梯度介質(zhì)的聲波特性進(jìn)行搜索滿足實(shí)驗(yàn)函數(shù)的過(guò)程中，函數(shù)與具體梯度介質(zhì)相關(guān)并在某一實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)取值。本發(fā)明的主要特色，針對(duì)傳統(tǒng)的間接測(cè)量方法，本發(fā)明簡(jiǎn)便、精確，在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中利用基因遺傳算法求解梯度介質(zhì)的聲波阻抗。本發(fā)明的效益與應(yīng)用前景主要用于非均質(zhì)材料聲學(xué)目標(biāo)的測(cè)試，梯度介質(zhì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，梯度介質(zhì)的聲學(xué)特性測(cè)試。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方案中測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明基因遺傳算法求解的流程圖；圖3為本發(fā)明提供的梯度介質(zhì)通過(guò)該測(cè)試裝置得出的傳輸參數(shù)特性。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的一種新型梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，由電荷放大器，電壓放大器，調(diào)制器，直流穩(wěn)壓電源，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，磁盤(pán)陣列，聲波振蕩接收器構(gòu)成。所述的函數(shù)發(fā)生器，采用23Hz 76Hz可調(diào)諧交流技術(shù)，余弦波失真度小于0. 26%, 聲波阻抗檢測(cè)精度為1X10—3瑞利。所述的電荷放大器輸出的電流在27mA以下，動(dòng)態(tài)電壓為7V。所述的電磁線圈由厚度為0.05mm的鎳鋼金屬線壓制而成。所述的聲波接受器使用新鮮、高純的W，Mo, Ti，F(xiàn)e和Al粉末燒結(jié)而成，它們的平均粒徑分別為1. 5,2. 3，60，79和 102μπι。充分混合后，在氬氣保護(hù)氣氛下熱壓，燒結(jié)。溫度為1561K，52MPa，時(shí)間為9小時(shí)。 所述的電壓放大器為電磁屏蔽系列放大器，由三級(jí)放大構(gòu)成。所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器濾波上限為1. 9MHz，下限為512KHz。所述的調(diào)制器轉(zhuǎn)換電壓為0 7V，轉(zhuǎn)換精度為0. 012%。采用基因遺傳算法，與73 個(gè)聲波噪訊信號(hào)的龐加萊包絡(luò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的流程圖如圖2所示。如圖3所示，當(dāng)外加交變場(chǎng)為56000e時(shí)，梯度介質(zhì)在15. 3 29. 8GHz形成了一個(gè)傳輸通帶，且該傳輸通帶隨著外加交變場(chǎng)的增加而增加，達(dá)到了聲波阻抗可調(diào)控的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。為防止噪聲干擾和電磁屏蔽，調(diào)制器對(duì)聲波噪訊采用龐加萊包絡(luò)，聲波信號(hào)由單片機(jī)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)基因遺傳算法編制的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，與標(biāo)準(zhǔn)的試件的標(biāo)定曲線對(duì)比，并由數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行記錄。 該裝置可對(duì)梯度介質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行在環(huán)精確測(cè)試，在環(huán)全時(shí)測(cè)試時(shí)間為1.5小時(shí)。調(diào)制器對(duì)聲波噪訊采取龐加萊包絡(luò)，電源系統(tǒng)采用19V直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。相關(guān)本發(fā)明做出的各種變化和變形及由此產(chǎn)生的等同技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。本發(fā)明的專利保護(hù)范圍由各權(quán)力要求所限定。
權(quán)利要求
1.梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，其特征在于裝置由函數(shù)發(fā)生器，電荷放大器，電壓放大器，調(diào)制器，直流穩(wěn)壓電源，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，磁盤(pán)陣列，聲波振蕩接收器構(gòu)成。 函數(shù)發(fā)生器輸出可調(diào)頻余弦波，經(jīng)電荷放大器對(duì)信號(hào)放大，提供電磁線圈對(duì)梯度介質(zhì)表面進(jìn)行交變電磁所需載荷。梯度介質(zhì)內(nèi)磁疇在交變載荷作用下釋放聲波噪訊，經(jīng)電壓放大器， 波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器和調(diào)制器輸出梯度介質(zhì)內(nèi)部的聲波噪訊。調(diào)制器對(duì)聲波噪訊進(jìn)行龐加萊包絡(luò)，磁盤(pán)陣列用于記錄并存儲(chǔ)聲波信號(hào)，輸出的聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)基因遺傳算法編制的軟件程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，并與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的標(biāo)定曲線進(jìn)行對(duì)比。
2.根據(jù)權(quán)力要求書(shū)1所述的梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，其特征在于函數(shù)發(fā)生器為余弦波函數(shù)，函數(shù)發(fā)生器采用23Hz 76Hz可調(diào)諧交流技術(shù)，余弦波失真度小于 0. 26%,聲波阻抗檢測(cè)精度為1 X 10_3瑞利。
3.根據(jù)權(quán)力要求書(shū)1所述的梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，其特征在于所述的電荷放大器輸出的電流在27mA以下，動(dòng)態(tài)電壓為7V。
4.根據(jù)權(quán)力要求書(shū)1所述的梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，其特征在于所述的電磁線圈由厚度為0. 05mm的鎳鋼金屬線壓制而成。
5.根據(jù)權(quán)力要求書(shū)1所述的梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，其特征在于所述的聲波接受器使用新鮮、高純的W，Mo, Ti，F(xiàn)e和Al粉末燒結(jié)而成，它們的平均粒徑分別為1.5，2.3，60，79和10211111。充分混合后，在氬氣保護(hù)氣氛下熱壓，燒結(jié)。溫度為1561K， 52MPa，時(shí)間為9小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)力要求書(shū)1所述的梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，其特征在于所述的電壓放大器為電磁屏蔽系列放大器，由三級(jí)放大構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)力要求書(shū)1所述的梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，其特征在于所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器濾波上限為1. 9MHz，下限為512KHz。
8.根據(jù)權(quán)力要求書(shū)1所述的梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法，其特征在于調(diào)制器轉(zhuǎn)換電壓為0 7V，轉(zhuǎn)換精度為0. 012%。
全文摘要
梯度介質(zhì)聲波阻抗測(cè)試裝置與測(cè)試方法屬于聲波材料測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出了一種通過(guò)一次測(cè)量獲得梯度介質(zhì)聲波阻抗的方法。本發(fā)明涉及梯度介質(zhì)阻抗檢測(cè)裝置，該裝置由函數(shù)發(fā)生器，電荷放大器，電壓放大器，調(diào)制器，直流穩(wěn)壓電源，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，磁盤(pán)陣列，聲波振蕩接收器構(gòu)成。該裝置通過(guò)禁帶濾波放大控制噪聲的干擾，進(jìn)行的電磁屏蔽。經(jīng)過(guò)基因遺傳算法，對(duì)梯度介質(zhì)的聲波阻抗進(jìn)行采集處理，并與試驗(yàn)裝置采集的曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，從而對(duì)梯度介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，組織狀態(tài)對(duì)阻抗的影響進(jìn)行在環(huán)準(zhǔn)確測(cè)試。該裝置及方法也可用于其它非均質(zhì)材料測(cè)量等領(lǐng)域，也可推廣到電磁學(xué)梯度介質(zhì)的測(cè)量領(lǐng)域，具有簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N29/02GK102253118SQ20111009489
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者李永, 舒暢 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)