约束流体中声波的传播特性及测量研究

发布时间：2020-05-25 18:07

【摘要】：声波是一种机械波,常用于流体流速检测,在医学、探伤、计算、测量等领域都有着广泛的应用。在传统声波检测应用中,大多是以时差法的方式进行测量,测量时以平面波的方式对传播过程进行分析。而当传播距离较近且受约束的情况下,平面波传播的数学模型则不再适用于这类情况,需要结合波动理论对声波在近场环境中传播规律进行分析。为此,论文在声波传播距离声源较近时,对球面声波的传播特性进行理论分析,对测量流体流速有着重要意义。首先,本文从声波传播基本理论出发结合波动理论对球面声波在无限大空间、半无限大空间以及约束空间内传播时波动方程进行推演,得到在理想状态下,球面声波在两块平行板之间进行多次反射、叠加产生共振现象的仿真模型。将计算出的仿真模型与声学基础知识进行比较,推演出在约束空间中,共振声场与流体流速之间的函数关系,并借助MATLAB对推演之后的声波方程进行仿真分析。而后,综合数电模电相关知识,设设计了一套软硬件结合的测量系统,对推论结果予以验证。在理论基础上确定采用Exynos4412为主控芯片,实现对数据处理及外围通信等功能,实现基于ARM的共振式超声波检测系统。系统硬件设计主要包括了超声波换能器驱动电路、信号处理电路和数据采集电路等。系统软件设计主要采用C语言实现控制程序设计,实现算法补偿、数字滤波、数据处理以及数据的保存和传输等功能等。研究设计及实验测试结果表明:声波在两块平行板此类约束空间中会发生共振现象,并在声波持续发射的条件下,形成一个稳定声场。空间内的流速与空间中的稳定声场的声压幅值和声波相位存在着特定函数关系,利用超声检测手段可以间接获取当前时间空间内流体流速,对声波在近场空间内传播特性的研究有一定的应用前景和参考价值。
【图文】：

共振式,风速仪,超声波,实物

在平行板间多次反射之后的时间、振幅、相位以及型超声波风速风向测量仪器的深入了解[12]-[14]。束流体内声波的传播的波形分析国内外还比较少，易。针对类似问题的解决办法，大多是选择建立数学行有限元仿真。例如对沿抛物面轴线球面波反射声场学模型，对其时域解析之后，得到球面波在抛物面在共振式风速仪的研制方面较为先进，目前推出的超声波在平行板之间共振的物理现象，求出平行板之传感器可通过紧凑的风传感器实现较高的准确度和移动零部件、内置加热器、可抵抗多种环境因素，且即使在最为恶劣的气候中仍能运行多年的产品。 2%。图 1-4 是型号为 FT742 共振式超声波风速仪。

声压,时间变化

声波会在平行板之间来回反射并进行叠加，因此后的声压状态没有实质性意义。所以，需要求得声成的声压方程才能解决实际问题，并对超声波接收的是特定频率的超声波，，声波在触碰到平面后进到的声波必定是反射过 1、3.....（2n-1）次的声波反射之后声波的叠加所形成的。因为发射和声波在率，只会影响声波的相位和声压。因此，各次反射，形成周期稳定的相干波。向上的线性传播在现代声学理论中处理已经相当成播方式相对较为复杂，在推导出上述声压和发射次B 进行多次反射之后的声压叠加，以求得叠加之后平板板之间的声压的分布进行仿真。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O422

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