[发明专利]一种测量声学材料特征阻抗和复波数的装置和测量方法

权利要求书

1.一种测量声学材料特征阻抗和复波数的装置，其特征在于：包括声管、脉冲声源、传声器、功率放大器、信号调理器、适配器和数据采集装置；声管由一段大直径圆柱管、圆锥管和小直径圆柱管依次同轴固定连接而成，大直径圆柱管内径与脉冲声源直径相同，小直径圆柱管内径小于30mm，且小直径圆柱管管壁厚度大于3mm；在小直径圆柱管侧壁上开有三个垂直于小直径圆柱管中心轴线的用于安装传声器的通孔，通孔直径等于传声器直径；从小直径圆柱管连接圆锥管的一端到小直径圆柱管的外端，小直径圆柱管侧壁上的三个通孔依次分别为第一通孔、第二通孔、第三通孔；第一通孔中心距圆锥管小口端的轴向距离不大于10cm，第二通孔中心距待测材料端面的轴向距离大于17cm，第三通孔中心距小直径圆柱管外端的轴向距离大于17cm；在大直径圆柱管内安装有脉冲声源；在小直径圆柱管外端螺纹连接有后盖，后盖材质与小直径圆柱管材质相同，后盖直径与小直径圆柱管相同；适配器通过功率放大器给脉冲声源提供激励信号；传声器接收声管内的信号并通过信号调理器传递给适配器，并由适配器传递给数据采集装置。

2.采用权利要求1所述装置的声学材料特征阻抗和复波数的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将待测样本加工为圆柱型，且待测样本直径与小直径圆柱管直径相同；将待测样本放置在小直径圆柱管上第二通孔与第三通孔之间位置，并拧好后盖；

步骤2：采用大直径圆柱管内的脉冲声源发出脉冲声波，在第一通孔处安装传声器，其中脉冲声源的激励信号的傅立叶变换为H_e(ω)、传声器测得的响应信号的傅立叶变换为H_r(ω)，得到整个测量系统的频率响应函数为

H(ω)=Hr(ω)He(ω);]]>

步骤3：根据步骤2得到的整个测量系统的频率响应函数H(ω)以及所需的脉冲声，得到所需的脉冲声源的激励信号频谱H_x(ω)：

Hx(ω)=Hy(ω)H~(ω)|H(ω)|2+p2;]]>

其中H_y(ω)为所需的脉冲声的幅度谱，表示H(ω)的共轭，p表示整个测量系统中噪声与所需脉冲声信号的频谱密度之比；

步骤4：将小直径圆柱管中第一通孔封闭，并在第二通孔处安装传声器；对步骤3得到的激励信号频谱H_x(ω)进行反傅立叶变换，得到所需的脉冲声源的激励信号，并以该激励信号激励脉冲声源；第二通孔处的传声器接收到脉冲声源发出的入射脉冲信号和经过待测样本反射后的回波信号，其中入射脉冲信号幅值为A，回波信号幅值为B；

步骤5：将小直径圆柱管中第二通孔也封闭，并在第三通孔处安装传声器；采用与步骤4中相同的激励信号激励脉冲声源，第三通孔处的传声器接收到脉冲声源发出的透射脉冲信号和经过小直径圆柱管末端反射后的二次反射波信号，其中透射脉冲信号幅值为C，二次反射波信号幅值为D；

步骤6：根据步骤4和步骤5得到的幅值A、B、C和D，得到待测样本前端面x＝0处和后端面x＝d处的声压P及振速V，其中d为待测样本的轴向厚度：

P|_x=0＝A+B

V|x=0=A-Bρ0c]]>

P_x＝d＝Ce^-ikd+De^ikd

V|x=d=Ceikd-Deikdρ0c]]>

其中ρ₀c为空气的特征阻抗；得到待测样本的传递矩阵值为：

T11=P|x=dV|x=d+P|x=0V|x=0P|x=0V|x=d+P|x=dV|x=0]]>

T12=P|x=02-P|x=d2P|x=0V|x=d+P|x=dV|x=0]]>

T21=V|x=02-V|x=d2P|x=0V|x=d+P|x=dV|x=0]]>

T22=P|x=dV|x=d+P|x=0V|x=0P|x=0V|x=d+P|x=dV|x=0]]>

则待测样本的特征阻抗ρpcp=T12T21,]]>复波数kp=1dcos-1T11.]]>