[发明专利]一种利用声悬浮液滴测量液体中声压振幅的方法

说明书

一种利用声悬浮液滴测量液体中声压振幅的方法。该方法首先将连续相液体加入透明矩形槽体，使用微量移液器向连续相液体中滴加微小不互溶液滴，开启超声波换能器并调节功率放大器输出功率，使液滴在连续相液体中恰好悬浮；通过设置在矩形槽侧方位的高速摄像仪拍摄微小液滴的图片1，随后使高速摄像仪沿其焦距方向水平移动，拍摄设有刻度的槽体前面板的图片2，对图片1和2进行图像处理分析，数据化液滴在该电功率下的悬浮位置，增大功率放大器输出功率，依次得到微小液滴在不同电功率下的悬浮位置，最终通过理论公式反算得到不同超声电功率下声压振幅大小。本发明的声压振幅测量方法克服了水听器测量声压振幅存在的诸多问题，且准确性好、适用性强。

技术领域

本发明涉及一种利用声悬浮液滴测量液体中声压振幅的方法，用于测量连续相液体中的声压振幅，属于声学测量技术领域。

背景技术

声压参数是众多工程应用与实验研究中的关键参数，因此声压参数的测量一直是声学测量技术中研究的重点。目前液体中声压振幅的测量主要采用声强测量仪法与水听器法，其中，声强测量仪法测量声压振幅的基本原理为利用声强测量仪测量得到给定电功率条件下液体中的声强值，再根据声强I与声压振幅P_a之间的换算关系，即得到液体中声压振幅的大小。但由于声强测量仪体积较大，致使在测量较小体积内的声压振幅时严重改变了原有声场，测量结果与实际情况严重不符。基于水听器法的测量方式主要包括两种：压电水听器法和光纤水听器法。压电水听器法能较准确的测量较低功率下的声压振幅，但在高功率条件下测量点处产生温度上升、冲击波、声流与声空化等非线性效应容易造成传感器灵敏度下降，甚至损坏水听器，且由于水听器自身有一定的体积，会对原有连续相液体中的声场分布产生一定的干扰，也使得声压振幅的测量值不准确；光纤水听器法需要在测量处放置光纤传感器，由于光纤传感器与连续相液体之间往往存在空隙，空隙中的气体充当了空化核，这极易使测量处产生空化，导致测量结果与实际声压振幅不一致。因此设计一种准确性好适用性强的悬浮液滴声压振幅测量方法十分必要。

发明内容

本发明提供了一种利用声悬浮液滴测量液体中声压振幅的方法，用于测量连续相液体中声压振幅的大小，为声压测量提供一种准确性好适用性强的新方法。

本发明所采用的技术方案如下：一种利用声悬浮液滴测量液体中声压振幅的方法，其特征在于包括以下步骤：该方法首先将连续相液体加入前面板设有刻度的透明矩形槽体，使用微量移液器向连续相液体中滴加微小的与连续相液体不互溶的液滴，开启位于矩形透明槽体底部的超声波换能器，并通过功率放大器调节超声波换能器的输出功率，使得液滴在连续相液体中恰好悬浮；通过设置在矩形槽侧方位的高速摄像仪拍摄微小液滴的图片1，此时小液滴位于高速摄像仪的焦距处；随后使高速摄像仪沿其焦距方向水平移动，使矩形槽体的刻度位于高速摄像仪的焦距处，拍摄矩形槽体前面板的图片2，对图片1和图片2进行图像处理分析，数据化液滴在该电功率下的悬浮位置；逐渐增大功率放大器输出功率，依次得到微小液滴在不同电功率下的悬浮位置，高速摄像仪重复拍摄微小液滴与前面板的图片，进行图像处理，数据化液滴在不同电功率下的悬浮位置；最后通过液滴的悬浮位置来反算连续相中不同超声电功率下声压振幅的大小，位置越接近压力波节，连续相中的声压振幅越大。

进一步，如上述所述的利用声悬浮液滴测量液体中声压振幅的方法，其中，所述加入矩形槽体中的连续相液体高度为连续相液体中半波长的整数倍，以此在连续相液体中建立驻波场。

进一步，如上述所述的利用声悬浮液滴测量液体中声压振幅的方法，其中，所述使用微量移液器向连续相液体中滴加微小不互溶液滴，通过实验研究发现，液滴粒径的大小对悬浮位置没有影响，这里推荐施加的液滴直径大小在700μm到2400μm之间。

进一步，如上述所述的利用声悬浮液滴测量液体中声压振幅的方法，其中，所述调节功率放大器的输出功率，使得液滴在液体中恰好悬浮，此处液滴恰好悬浮的超声电功率为悬浮液滴需要的最小功率，对应液滴的悬浮位置为压力波节下方λ/8处。