專利名稱：測量聲速的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲速的測量技術(shù)，具體為一種測量聲速的方法及裝置。
背景技術(shù)：
氣體中的聲速與氣體的成分有很大的關(guān)系，例如在空氣下聲速為340m/s，但在He下聲速卻高達(dá)972m/s。而基于光聲光譜的氣體傳感器是建立在氣體吸收光后，對釋放的微弱聲音的測量上，通常的光聲光譜會使用一個(gè)聲音共振腔，被測的微弱聲音信號的半波波長與這個(gè)聲音共振腔長度相等，因此聲波能夠在腔中形成駐波，使檢測的微弱聲波進(jìn)一步增強(qiáng)。但在復(fù)雜的氣體成分下，聲速的變化能夠?qū)е侣暡úㄩL劇烈變化，從而使聲音共振腔長度與聲波的半波波長不匹配，靈敏度也發(fā)生變化，這時(shí)對被測氣體內(nèi)的聲速監(jiān)測是必須的。傳統(tǒng)的聲速測量方法有共振干涉法和相位比較法，前一種是在聲波發(fā)生裝置和聲波接受裝置之間產(chǎn)生駐波，通過測量駐波兩個(gè)波腹或波節(jié)之間的距離獲得波長信息，再計(jì)算出聲速；后一種是改變發(fā)射波和接收波之間的相位差，通過在示波器上觀察李薩如圖形的周期變化來確定波長。這兩種方法需要改變聲波發(fā)生裝置和聲波接受裝置之間的距離，都有活動的機(jī)械裝置存在，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積較大，在測量過程中需要人為的參與，操作繁瑣自動化程度不高，不能滿足實(shí)際需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決目前的現(xiàn)有聲速測量儀器和方法操作繁瑣、測量精度較差、需要人工干預(yù)以及無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測量的技術(shù)問題，提供一種測量聲速的方法及裝置。本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種測量聲速的方法，包括以下步驟:(a)將頻率為A的正弦聲波從充滿特定氣體的長度為7的聲波導(dǎo)管的前端輸入，記錄該聲波在聲
波導(dǎo)管后端與前端之間的位相差，所述位相差的表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種測量聲速的方法，其特征在于，包括以下步驟:(a)將頻率為的正弦聲波從充滿特定氣體的長度為I的聲波導(dǎo)管的前端輸入，記錄該聲波在聲波導(dǎo)管后端與前端之間的位相差Φ i，所述位相差Φ i的表達(dá)式為Φ i=2 31 ,式中Vs為聲波在這種氣體中的傳播速度，b為常數(shù)；(b)改變聲波的頻率，再測定至少一組的值；(C)根據(jù)所得到的至少兩組f廠小1數(shù)值采用線性擬合方法計(jì)算出Φ 2π的斜率2π I的值，就得到了聲波在該種氣體中的傳播速度Vs。
V;Vi
2.一種測量聲速的裝置，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括其上設(shè)有氣體入 口(41)的第一氣室(4)以及第二氣室(6);還包括一個(gè)聲波導(dǎo)管(2);第一氣室(4)的側(cè)壁上開有第一過孔(42)，第二氣室(6)的側(cè)壁上開有第二過孔(61)和第三過孔(62)，所述聲波導(dǎo)管(2)的前端穿過第一過孔(42)進(jìn)入第一氣室(4);聲波導(dǎo)管(2)的后端經(jīng)過第三過孔(62)和第二過孔(61)穿過第二氣室(6);第一氣室(4)內(nèi)設(shè)有揚(yáng)聲器(1)，聲波導(dǎo)管(2)的前端口設(shè)在揚(yáng)聲器(I)射出聲波方向上；所述聲波導(dǎo)管(2)靠近前端口的位置處開有第一小孔(211);第一小孔(211)外設(shè)有一個(gè)位于第一氣室(4)內(nèi)部的第一麥克風(fēng)(5);聲波導(dǎo)管(2)位于第二氣室(6)內(nèi)部的管壁上設(shè)有第二小孔(212);所述第二小孔(212)外設(shè)有位于第二氣室(6)內(nèi)部的第二麥克風(fēng)(7);還包括電信號控制測量組件(8);所述電信號控制測量組件(8)包括與揚(yáng)聲器(I)相連接的正弦波發(fā)生器(81)、與正弦波發(fā)生器(81)信號輸入端相連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(83)、與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(83)相連接的微處理器(85)以及與微處理器(85) —個(gè)信號輸出端連接的顯示屏(86);還包括一個(gè)鎖相放大器(82);所述鎖相放大器(82)的同步輸入端與第一麥克風(fēng)(5)相連接,鎖相放大器(82)的信號輸入端與第二麥克風(fēng)(7)相連接；鎖相放大器(82)的信號輸出端連接有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(84);所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(84)信號輸出端與微處理器(85)的信號輸入端相連接；微處理器(85)通過另一個(gè)信號輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(83)信號輸入端相連接；所述聲波導(dǎo)管(2)與第一過孔(42)、第二過孔(61)和第三過孔(62)之間密封連接。
3.一種測量聲速的裝置，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括其上設(shè)有氣體入口(41)的第一氣室(4)以及第二氣室(6);還包括一個(gè)聲波導(dǎo)管(2);第一氣室(4)的側(cè)壁上開有第一過孔(42)，第二氣室(6)的側(cè)壁上開有第二過孔(61)和第三過孔(62)，所述聲波導(dǎo)管(2)的前端穿過第一過孔(42)進(jìn)入第一氣室(4);聲波導(dǎo)管(2)的后端經(jīng)過第三過孔(62)和第二過孔(61)穿過第二氣室(6);第一氣室(4)內(nèi)設(shè)有揚(yáng)聲器(1)，聲波導(dǎo)管(2)的前端口設(shè)在揚(yáng)聲器(I)射出聲波方向上；所述聲波導(dǎo)管(2)靠近前端口的位置處開有第一小孔(211);第一小孔(211)外設(shè)有一個(gè)位于第一氣室(4)內(nèi)部的第一麥克風(fēng)(5);聲波導(dǎo)管(2)位于第二氣室(6)內(nèi)部的管壁上設(shè)有第二小孔(212);所述第二小孔(212)外設(shè)有位于第二氣室(6)內(nèi)部的第二麥克風(fēng)(7);還包括電信號控制測量組件；所述電信號控制測量組件(8)包括與揚(yáng)聲器(I)相連接的具有三個(gè)信號輸出端口的正弦波發(fā)生器(81)、與正弦波發(fā)生器(81)信號輸入端相連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(83)、與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(83)相連接的微處理器(85)以及與微處理器(85) —個(gè)信號輸出端連接的顯示屏(86);正弦波發(fā)生器(81)通過第一信號輸出端口與揚(yáng)聲器(I)相連接，正弦波發(fā)生器(81)的第二輸出端口連接有第一鑒相器(87);所述第一鑒相器(87)通過一個(gè)信號輸入端與正弦波發(fā)生器(81)相連接，所述第一鑒相器(87)通過另一個(gè)信號輸入端與第二麥克風(fēng)(7)相連接；第一鑒相器(87)的信號輸出端連接有一個(gè)第三鑒相器(89);第一麥克風(fēng)(5)通過信號輸出端連接有一個(gè)第二鑒相器(88);所述正弦波發(fā)生器(81)的第三信號輸出端口與第二鑒相器(88)的另一個(gè)信號輸入端相連接；所述第一鑒相器(87)的信號輸出端與第三鑒相器(89)的一個(gè)信號輸入端相連接，第二鑒相器(88)的信號輸出端與第三鑒相器(89)的另一個(gè)信號輸入端相連接，第三鑒相器(89)的信號輸出端連接有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(84);所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(84)信號輸出端與微處理器(85)的信號輸入端相連接；微處理器(85)通過另一個(gè)信號輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(83)信號輸入端相連接；所述聲波導(dǎo)管(2)與第一過孔(42)、第二過孔(61)和第三過孔(62)之間密封連接。
4.如權(quán)利要求2或3所述的測量聲速的裝置，其特征在于，所述聲波導(dǎo)管(2)為直線型聲波導(dǎo)管。
5.如權(quán)利要求2或3所述的測量聲速的裝置，其特征在于，所述聲波導(dǎo)管(2)為U型聲波導(dǎo)管(22)。
6.如權(quán)利要求4所述的測 量聲速的裝置，其特征在于，所述聲波導(dǎo)管(2)的長度為10cm^36cm,內(nèi)徑為 1_ 3_。
7.如權(quán)利要求5所述的測量聲速的裝置，其特征在于，所述U型聲波導(dǎo)管(22)的長度為10cnT36cm,內(nèi)徑為lmnT3mm ；U型聲波導(dǎo)管(22)的彎曲半徑不小于3cm。
8.如權(quán)利要求6所述的測量聲速的裝置，其特征在于，所述聲波導(dǎo)管(2)上的第一小孔(211)與聲波導(dǎo)管(2)前端的距離為0.5cnT2Cm，第二小孔(212)與聲波導(dǎo)管(2)后端的距離為0.5cm^2cm ;第一小孔(211)和第二小孔(212)的直徑為0.2mnT2mm ;所述揚(yáng)聲器(I)與聲波導(dǎo)管(2)前端的間距為0.5^10mm ;所述第一麥克風(fēng)(5)與第一小孔(211)的間距為0.3^2mm，所述第二麥克風(fēng)(7)與第二小孔(212)的間距為0.3 2mm。
9.如權(quán)利要求7所述的測量聲速的裝置，其特征在于，所述U型聲波導(dǎo)管(22)上的第一小孔(211)與U型聲波導(dǎo)管(22)前端的距離為0.5cnT2cm，第二小孔(212)與U型聲波導(dǎo)管(22)后端的距離為0.5cm 2cm ;第一小孔(211)和第二小孔(212)的直徑為0.2mnT2mm ；所述揚(yáng)聲器(I)與聲波導(dǎo)管(2)前端的間距為0.5 10mm ;所述第一麥克風(fēng)(5)與第一小孔(211)的間距為0.3 2mm，所述第二麥克風(fēng)(7)與第二小孔(212)的間距為0.3 2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及聲速的測量技術(shù)，具體為一種測量聲速的方法及裝置。解決了目前的現(xiàn)有聲速測量儀器和方法操作繁瑣、測量精度較差等技術(shù)問題。一種測量聲速的方法，包括以下步驟(a)將頻率為fi的正弦聲波從充滿特定氣體的長度為l的聲波導(dǎo)管的前端輸入，記錄該聲波在聲波導(dǎo)管后端與前端之間的位相差φi；(b)改變聲波的頻率，再測定至少一組fi~φi的值；(c)根據(jù)所得到的fi~φi采用線性擬合方法計(jì)算2π的值，就得到聲度vs。一種測量聲速的裝置，包括第一氣室以及第二氣室；還包括一個(gè)聲波導(dǎo)管；所述聲波導(dǎo)管的前端穿過第一過孔進(jìn)入第一氣室；聲波導(dǎo)管的后端經(jīng)過第三過孔和第二過孔穿過第二氣室。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了測量的高度自動化，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
文檔編號G01H5/00GK103196539SQ20131009431
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者董磊, 賈鎖堂, 尹王保 申請人:山西大學(xué)