有效热容三要素在智能声学气体传感中的应用分析

针对基于单频点声速值的传统声学气体传感技术只能获得气体浓度信息的问题,对声扰动下形成的气体有效热容的三要素———转动热容、振动耦合热容和振动弛豫时间,与气体分子各特征信息的关系进行分析,指出了其各自在智能声学气体传感应用中的前景,并进行优劣对比。分析和计算结果表明,通过声吸收和声速测量值合成的气体有效热容三要素除能获取气体浓度信息外,转动热容可检测气体分子的几何结构,振动耦合热容可检测气体分子的微观振动频率,而弛豫时间可检测气体腔体压强。     

用超声波相关电路构成的新式测量液体声速变化的系统

一、引言测量液体和固体的声速、声衰减等声学性质是研究材料物理性质的最重要手段。同时,声学特性相对变化的测量也能提供绝对变化的一些重要信息。我们过去的论文曾介绍了测量少量液体样品的声速和声衰减的反射式超声波相关电路(RUC)的研制,由于它使用了相敏检波器,所以也能测量声速     

基于低频声波的空气温度测量研究

低频声波可以用来实现对空气温度的非侵入式测量。现有的基于低频声波的测温方法精度较低,如何建立有效的声学测温机制从而提高测量精度需要进一步研究。描述了一个基于低频声源和传声器的新型空气温度测量系统,通过测量空气中的声速达到测量空气温度的目的。首先根据温度、湿度、大气压和空气成分与声速的关系提出了一种通过计算空气密度来计算声速的方法。由于空气的湿度、大气压和空气成分也会影响声速,为了提高测温精度,分别从理论上分析了这3个因素对声学测温结果的影响并给出了相应的技术解决方案。为了测量声速,选择宽度为0.1 s的200~1 500 Hz线性扫频信号作为声源信号,通过对上下游两个传声器接收到的扫频信号进行互相关,计算出声波在两个传声器间的传播时间。为了提高声速测量精度,通过参照温度试验获得了不同温度下的声波传播时间并代入校准方程,使用最小二乘法估计出了等效声波路径长度和系统时延。得到这两个参数值后,系统测量出的声速更加接近同温度下的理论声速值。验证试验以K型热电偶测量的温度作为对比,在23.5℃~54.2℃的温度范围内,声学测温的相对误差在3.2%以内,标准差在0.2%以内。     

声速式乳化液浓度计仿真研究

分析了用超声波脉冲回波声速法测量冷轧乳化液质量分数时，声速与温度、质量分数和压力之间的关系，建立了声速模型。按此模型计算出乳化液质量分数为0～11％、温度在20～65℃变化时的超声波传播速度v．还分析了当乳化液中含有铁屑杂质时对质量分数测量结果的影响，并提出如何避免杂质带来的干扰的方法。仿真结果对研制声速法在线检测乳化液浓度具有极其重要的指导意义。     

液压测力传感器研制与性能试验研究

利用液体传递压强的原理构建液压测力传感器,它主要由储液缸、承载液体、变送器和荷载分散板4个部分组成.储液缸内的液体将承受的荷载转换成液体压强,变送器测量出液体压强,并直接转换成力值显示.文中对液压测力传感器的结构设计和制作工艺进行了描述,在此基础上对它的力值传感、温度影响、疲劳性能和长效静态性能等进行了试验研究.研究结果表明:液压测力传感器的传感性能良好,受温度影响小,疲劳试验前后能满足测童要求,并适用于预应力锚索索力长期测量.     

火炮反后坐装置密封件工作压强数值仿真

导致火炮反后坐装置密封件失效的关键参数是密封件的工作压强.在反后坐装置和内弹道模型基础上,通过数值仿真方法,获得了某型火炮工作过程中驻退机和复进机各腔室压强变化曲线。分析了火炮使用过程中装药号、药温、射角、弹重、药室增长量、节制环内径磨损量、液体温度等参数对压强峰值的影响,最后给出了各因素综合作用下压强的最大峰值。     

超声波流量检测系统误差的温度修正研究

介绍时差法超声波流量检测液压系统的工作原理,针对液压系统工作过程中温度变化影响系统测量精度的问题,通过在实验室中建立温度-声速模型检测两种常用液压油的工作特性,采用多次测量取平均值的方法记录实验结果,根据实验数据利用非线性回归分析理论推导出两种常用液压油的温度-声速关系,为降低温度变化对超声波流量检测系统的影响、提高系统测量精度提供一种参考.     

高压气体声速精密测量系统的研制与测试

声速是目前可测量准确度最高的热物性之一,也是热力学基础研究和工程应用的重要基础参数.本文基于圆柱定程干涉法原理,建立了国内首套可测量至高压(6 MPa)的精密声速测量系统,解决了高压气体声速测量的关键问题,极大拓展了国内已有实验系统的测量范围(1 MPa),也是国际上首次将圆柱声学共鸣腔应用于1MPa以上而且测量不确定度达到0.01％的成功尝试.新建立的实验系统包括声学圆柱共鸣腔及耐高压压力舱、频率测量系统、温度测量系统、高压压力测量系统、高压进气及真空系统.实验测试结果显示,新系统的声速测量不确定度小于0.01％,可应用于温度从220K至440K,压力高达6 MPa的气体声速测量.     

液压系统超声波流量检测误差压力修正研究(英文)

超声波检测液体流量已经逐渐应用于生活中,但是存在测量精度不高的问题。本文就影响系统测量精度的因素展开了研究。首先介绍了时差法超声波流量检测液压系统的工作原理,分析了影响系统测量精度的因素,得出超声波在流体中的声速变化对系统测量精度有重大影响的结论。针对液压系统工作过程中负载变化引起管路内压力变化,从而引起超声波的声速变化,进一步影响系统的测量精度的问题,在实验室中建立了压力—声速模型检测两种常用液压油的工作特性,采用多次测量取平均值的方法记录实验结果,根据实验数据利用线性回归分析理论推导出两种常用液压油的压力—声速关系。利用此关系式可以方便地计算不同压力情况下的声速值,为降低了压力变化对超声波流量检测系统的影响、提高系统测量精度提供了一种参考。     

基于温度自适应补偿技术的氧气传感器的研究

荧光氧气传感器在使用过程中,温度变化会降低氧浓度测量精度或测量失效,因此,该文采用氧浓度、温度融合检测技术,通过不同温度下确定氧浓度与温度的经验函数关系,提出一种温度自适应补偿技术,消除温度变化对氧浓度测量精度的影响。通过实验室模拟测试,荧光氧气传感器在(-10～50)℃温度范围内,氧浓度测量精度优于±2.0%FS。     

超声波过氧化氢水溶液浓度在线检测仪

本文提出了一种超声波过氧化氢水溶液浓度的在线检测方法,并研制了相应的智能仪器。仪器中存储了浓度与声时、温度的关系曲线,检测时可据此反演出浓度值;用声时、声衰减联合识别液体中的气泡,使检测能在有气泡干扰时稳定进行;还采用了一种高精度声时自动测量方法以提高浓度分析精度。 仪器结构简单、精度满足生产实际需要。此项技术对二元混合液的浓度检测及其他许多工业量的超声检测都是适用的。     

多层液体分析仪在氢氧化铝行业沉降槽的使用

本文主要介绍了多层液体分析仪在氢氧化铝行业沉降槽的使用。多层液体分析仪是通过采集沉降槽中各层液位的超声波声速、能量等参数,并用Liquid Smart专用软件做分析,检测出液体总高度和液体的分层高度的一款自动化智能液层高度分析仪。     

声速传感器测量结果中气压附加成分的发现

气体测量,如空气的测量是非常复杂的一项课题,涉及到诸如超声学、空气动力学、流体力学、电子学、材料学、制冷和计算机应用等多门学科.即使在线性声学条件下气体中声速的精确测量,也颇为复杂[1].本文在局部小环境下,使用超声波传感器测量声速的过程中,发现了气压变化与声速变化之间的变化规律.运用工程的方法,提出了声速一阶微分方程,解释了气压波动对声速的影响,对今后声速在气体中的精确计算与测量有一定的应用价值.这一计算公式还需要通过大量的物理实验来进一步验证.     

基于收发分体声波换能器的二维温度场重建

基于声学测温原理,运用发射端和接收端之间的声波信号飞行时间进行温度场重建,是工业应用领域中燃烧或加热处理过程温度测量的研究热点。本文采用收发分体声波换能器,确定其合理安装方式,运用Markov径向基拟合待测区域的声速分布,通过声速矩阵的奇异值分解,反演计算出温度场。仿真实验中设计了复杂程度不同的4种模型温度场,并考虑声波飞行时间在不同水平下的测量误差对重建结果的影响;实际测试中验证了本文方法在室温无加热、单峰对称、单峰偏斜的温度分布下的重建效果。实验结果表明,本文提出的收发分体声波换能器安装方式结合基于Markov径向基拟合的重建算法,在温度场重建中具有较高的精度和较强的抗干扰性。     

定程圆柱基准声学温度计初步研究

热力学温度的准确测量是制定和修订国际温标的基础.在中低温区范围,声学温度计具有最小测量不确定度,对热力学温标定值和国际温标修订具有重要影响.本文介绍了国际上首次以定程圆柱声学共鸣腔为基础,建立的定程圆柱声学温度计实验系统,包括共鸣腔和压力舱组成的实验本体、声学和微波频率测量系统、压力测量系统、温度测量系统以及数据采集分析系统.在这个实验系统上,测量了323.150 K温度零压力下的纯氩气声速,实验结果显示纯径向模式外推值的相对标准偏差为4.68×10-6,在国际温度计量界球形和准球形共鸣腔基准声学温度计(1 ～5) ×10-6的不确定度范围内,初步研究验证了采用边界层扰动修正对于定程圆柱声学温度计准确测量热力学温度的有效性,并由此了解了更精细修正的方向,验证了微波谐振法测定圆柱共鸣腔体直径的可用性和准确性.该研究为进一步扩展温度范围和改善测量不确定度奠定了基础.     

超声延迟线材料声学特性测定方法的研究

一、引言固体超声延迟线正成为电子领域中的一种重要器件。为确保其性能指标,有必要对超声延迟线材料的声学特性进行研究,以便能更有效地指导生产。我们从声学的角度,对F05超声延迟线玻璃的声速、衰减系数和声阻抗的测量方法进行了深入的研究。二、声速、衰减和声阻抗的精密测量理论在使用压电换能器测量超声延迟线材料声学特性的过程中,由于换能器与试样之间存在着耦合层,因此在声波的反射信号中有一个附加相移;又由于换能器等效于一个有限尺寸的活塞,向有限半空间辐射声波,因此随着传播距离的增加,衍射所引起的附加衰减和附加相移     

基于微悬臂梁的微量液体浓度定量检测

采用双材料微悬臂梁结构,实现了一种对微量液体浓度的定量检测方法。该方法是基于双材料微悬臂梁的温度敏感性,当微定量液体分析物吸收光热光谱特征波长的光时,温度发生变化,悬臂梁相应会发生弯曲,通过光杠杆法测量弯曲量,从而实现微悬臂梁对微量液体浓度的定量检测。为了验证对微量液体浓度测量的适用性,实验中采用了已知在980 nm处光热吸收峰的NaYF_4样品溶液,分别取多组已知浓度的样品溶液1和0.5μL体积进行测量,通过最小二乘法拟合出浓度与测得电压值之间的关系,结果显示,液体浓度与所测得的电压值成呈线性关系,与理论分析符合。且在1和0.5μL体积的样品溶液拟合曲线的线性相关系数分别为R1=0.998 0,R2=0.989 5,分辨力分别为1.25,1.40 mg/mL。最后通过测试1μL体积的多组浓度溶液,其浓度测量结果误差均在在2 mg/mL以内,表明该方法能有效检测浓度,可用于确定体积微量液体的浓度检测。     

基于单频点声速的气体浓度检测方法

气体中的声速会随气体成分浓度变化而变化.首先,分析了气体中声速的各影响因素;其次,给出了基于经典声速公式的二元混合气体浓度单根求解法,以及当二元混合气体均为单原子分子时简化的浓度线性求解公式.在不同浓度甲烷和干燥空气中的仿真实验结果表明:除环境温度外,声速的快慢主要由气体分子质量决定而受分子振动弛豫影响较小;基于单频点声速的气体浓度单根求解法,在二元混合气体浓度的实时监测中具有有效性和简捷性.     

主动遥感探测海底可燃冰的正演研究

本文提出利用光学成像干涉技术主动遥感探测可燃冰的温度、压强、浓度物理量。通过光纤将海面上波长为1.65μm的激光传输到海底,激发海底可燃冰,将CH4发射的1.65μm附近相距很近的10条谱线用光纤收集传回到海面上,经过成像干涉系统,在CCD相机上得到5条成像干涉条纹,选择两条相邻干涉条纹的灰度值,利用"转动谱线测温法"和洛伦兹线型即可获得海底可燃冰CH4的温度、压强、浓度等参量。实验得出CH4的正演成像干涉图,并得到CCD上的电子计数1.68×105远远大于拟用CCD噪声400e,系统的最大信噪比为291,窄带干涉滤光片可在16°视场内区分CH4的10条目标谱线,CH4的温度和浓度探测精度分别为1K和3%。研究表明,该成像干涉系统可用于遥感探测海底可燃冰。     

超薄弹性层超声反射纵波频域定征方法

本文在定义超薄单层弹性介质反射传递函数的基础上,提出以单层介质反射传递函数幅度谱、相位谱和复谱为基础的频域定征方法的最小二乘意义上的反向算法对超薄弹性单层介质的声速、厚度、密度等声学参数进行定征。进一步分析了影响估计准确性的各种因素,研究了反射传递函数对材料各参数灵敏度函数在误差传递中的意义。实验结果证明,对于铝质超薄单层介质,该方法能够准确估计厚度小到24μm铝层的声学参数。