[发明专利]针对大尺寸弹性材料的声速测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种声速测量装置，本发明也涉及的是一种声速测量方法。具体地说是一种针对大尺寸弹性材料的声速测量的装置及方法。

背景技术

弹性体中的声速体现了其材料的物理特性，对它的讨论一直是材料学研究领域的热点。现有的测量方法多是通过测量材料的杨氏模量或其他弹性系数进而获得材料声速。常用的杨氏模量测量方法有：正弦力激励法，谐振实验法，自由衰减法等；对于材料的静态杨氏模量，常采用：拉伸法测金属丝杨氏模量，金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法，夹层结构或芯子剪切性能试验方法，夹层结构弯曲性能试验方法，无色光学玻璃杨氏模量、剪切模量及泊松比测试方法，金属材料杨氏模量、切变模量及泊松比测量方法等等；以上所提及的各种测量方法大多已形成标准和配套的测量设备，并已被广泛应用。但上述各种测量方法对待测物体的形状、大小、硬度等往往有严格要求，应用中也需要采用与所选方法配套的测量设备，在使用时均存在不同程度的局限。

对材料中声速的直接测定法，国内外标准均规定采用穿透法测量。通过计算待测材料厚度与到达时间的关系得到声速。而由于在固体中纵波和横波的传播特性不同，穿透法不能同时测量两类波速，需分别使用纵波换能器和横波换能器激发不同体波分别测量。同时穿透法在测量时也只能针对尺寸较小的材料，对于大尺寸材料往往需要切割取样才能测量，破坏了待测材料的完整性，同时在使用穿透法测量时对于初始点的选择也有严格要求，沈建国(用穿透法测量声速时初始点的选择问题，石油地球物理勘探，2003，38(1))讨论了由于穿透法初始点选择对测量结果的影响。

除上述测量方法外，申请号为201010226607.3的专利文件中公开的技术方案，通过测量弹性板中lamb波传播的相速度和频散方程同时测得固体中的纵、横波速，但其测量理论复杂，弹性板中的lamb波测量困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能用于声速测量，也能解决简单浅海海洋信道中低频声传播研究的实验室模拟问题的针对大尺寸弹性材料的声速测量装置。本发明的目的还在于提供一种不破坏待测材料的完整性，可同时得到待测材料中的两类声速，节省测量时间的针对大尺寸弹性材料的声速测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的针对大尺寸弹性材料的声速测量装置包括系统控制电脑、可移动走架、接收水听器、宽带高频发射换能器、移动走架控制器、信号源、功率放大器、数据采集卡、测量放大器；信号源、功率放大器和宽带高频发射换能器依次电连接；系统控制电脑、数据采集卡、测量放大器和接收水听器依次电连接，数据采集卡同步端与信号源同步端电连接；系统控制电脑、移动走架控制器和可移动走架依次电连接；水池四周池壁敷设有高频吸声尖劈；待测材料水平放置于水池中的可倾斜支架上，宽带高频发射换能器置于待测材料下，接收水听器置于待测材料上并固定于可移动走架上。

所述实验水池为25m×2.5m×2.5m的信道水池。

所述的接收水听器是TC4038接收水听器。

所述的数据采集卡是PCI20612数据采集卡。

所述的测量放大器是B&K2636测量放大器。

基于本发明的针对大尺寸弹性材料的声速测量装置的测量方法为：

将待测材料水平放置于水池中的可倾斜支架上，宽带高频发射换能器位于待测材料下方，接收水听器位于待测材料(4)上方；保持高频发射换能器不动，接收水听器等间隔移动，随着宽带高频发射换能器与接收水听器之间距离不断变化，接收信号到达时间亦随之不断改变；取待测材料内部折射纵波与横波到达接收水听器的直达波时延变化规律；