1、1 引言中华人民共和国国家标准水声材料纵波声速和衰减的测量脉冲营法Measurement of the longltudlnal wave veloclty and attenuatlon for underwater acoustical materlals-Pulse-tube method UDC 534-143 .002.3534 .61. 011 GB 5266-85 1. 1 本标准规定f在卢管(先水管道)内，用脉冲声技术在ZEi态、F面Ji条件F视u田水商材料试样的反射系数的模和相角，以计算纵技卢速反衰减系数的方法。1. 2 4:标准只适用于均匀、密立的高聚合物1)(声材料。1.
2、 3 当材料的声学参数与温度、等向、境条f吁有关时，在洲最结果r1J应沌明州Ui:川、i布条件。1.4 本标准所用声学名词术语、量和1单位的名称、符号等均按照GB3974-83 (声学:/lJ术插队GB 3102.7-82 (卢苦的量和单位且写规定。2 测量原理2.1 原理当待测材料试样置于声智的4端及试样的后界面阳抗巳):1时，测出材料i式样前界面的复反射系数，则可获得此材和协告纵波声速和衰减系数。在声管内传播、卡面波时.根据声传输线理论，试样的输入lll:五L可以表不为za. 当试样末端为空气背衬，即声软-k端时，有J jn :丁ZJ可百万7tanr.(ad + jd!c) .( 1 )
3、b. 当试样末端为刚性背衬，即l声硬末端时，有Zin ;一一旦旦一一一-coth (d+jd/c). . .( 2 ) +j!c)_. ,- , 式叶J，Zjn-试样的输入阻抗.P a S川HG一-材料的哀减系数，.m-l; c -一一材料的纵波声i虫.m/s , 一一角频率(0) 2 c:tj). S-I , f 频率.Hz , 材料的峦度.kg/m勺d一一材料试样的厚度.m , 同时亦可由试样前界面的反射系数，求tH式样的输入lill抗z1宁Re!Z二wcw一一-一一-一. ( 3 ) 川1Re l 式11，w一一管1111J. . .( 8 ) CW T 式中:一一脉冲宽度，s , L一
4、一声管的布放长度(即换能器表面至材料试样反射面!同的距离)，m J Cw一一声管中水的声速，m/s , Q一一换能器在频率f时的品质因数，f一一测试频率，Hz o 若要求脉冲声中至少应有K个周期的稳态乎面度，则式(8 )中的后一式可写成气Q+K;.一-一-了一一-1 由此测试频率下限1，有1, = (Q+K)cw/2L . .( 9 ) 一般情况下，Q5，故有f5CW =-L-. .(10) S 测量装置脉冲管法的典型测量装置如图1所示，此装置由声营、换能器和发送、接收及测量设备组成。位于管端的换能器向管中发射脉冲调制的正信波，经声管另端的试样反射，再由同一换能器接收反射波，用相对比较放试样与
5、不放试样时的反射波的办法，测量试样的反射系数的模和相角。GB 5266-85 试样声箭帽值指示器捆住指示器图1脉冲管法典型测量装置图3.1 声管声管为一根壁厚均匀的，在其中传播脉冲声的充水不锈钢管。为保证管壁有足够的刚性，壁厚与内半径之比应大于或等于103.2 换能器3.2.1 脉冲管法中使用的换能器应是主jl面活塞型收发两用的换能器，并应有良好的温度稳定性及静压稳定性。3.2.2 换能器安装时应做到与管壁的声稠合最小03.3 测量仪器3.3.1 信号发生器的频率稳定度应优于2x 10寸。3.3.2 移相器可对正弦信号在0-360。内均匀移相，准确度应优于1:2 00 3.3.8衰减器的量程为
6、o-80dB，步进O.ldB。3.8.4幅值指示器的分辨率应优于O.2dB，相位指不器的分辨率应优于200 3.3.5 频率讨的准确度应优于10-，分辨率应高于10-503.4 标准反射器GB 5266-85 3.4.1 用l:rb硬末端条件F测试，Jj:作为前压反!Jlla，情况下的反射标准。3.4.2 标准反射器通常均不锈钢制的阅柱，它与严管I)jJblir目有缝隙，隙宽应不大于0.2mm，长度为测试rl心频率/0时的四分之-波长。3.4.3 此标准反射器运用的颇丰范围为/:!:斗。4 试祥4.1 试样!但削hX:阅柱形样品，试样与卢管间应情有贯主隙，隙宽应不大于O.2mmo4.2 试样的
7、厚度。(0.3-0.的之|目J(为tz在材料rjJ传播的技10。4.3 试样要求表面、iL牲，限度2纹。5测量方法5.1 测撞前的准备5. 1. 1 脉冲内应充以除气的蒸销水，特内不应有气泡。5. 1. 2 试样表面应擦拭净，并放入水中诞池，以使试样表面充分民润。5. 1. 3 l式样放入料内时，要避免带人气泡，呼俘数分钟方可测量，以使i式样与管中疚之间达到温度乎衡。5.2 j测量5.2.1 筒巾水的密度的确定水的1;1立w-股不作测量，i1J.接取w二IOkg/m3，在常压和o-30C温度范围内，准确度将优于士0.5%。5.2.2 管1水的声淫的确定管中水的声i卓Cw般用蒸馈水巾的fdj主C
8、W(I乘以往7楼厚度h3内半径之比所决定的系数得到，当h/1时，Cw : O.98cwo 0 蒸饱水中的jH速与温度的关系为:Cwo=1557-0.0245 (74-/) . . . (11 ) 式中:t一一臂rt水的温度，C , Cw 0一一蒸惚水的声速，m/ s , 由此确定的c.值的准确度优于士2%。必要时可11撞测量管中水的声速(见附录A)0 5.2.3 材料密度的测量材料密度的测量，可参照GB533-81 (橡胶密度测定法的规定，真准确度应优于:tO.3%o5.2.4 试样厚度的测量;试中丰厚度d测量的准确度应优于:t0.5%05.2.5 反射系数的测量5.2.5.1 在不同频率点上
9、，分别测出放与不放试样时，第一次反射脉冲的模A和A，以及相应的相角矶和伊2(1，和1，是反射信号与某参考信号之间的相角芳)。R = Ar/ A, . . ,. (12) 甲3二1，-rp，+(声软末端).(13) 4fd 1=矶的+干与l.c!_(声硬末端.(14) w 5.2.5.2 空气背衬时，在试样取出后，试样，和声节之间环形缝隙巾的水引起糠面升高，1 ，从而51GB曰一85起附加相角11 S 数据处理与测量准确度6.1 数据处理式(4)、(5 )是超越方碍，解此方科的方法很多，通常采用迭代法求解。求解时常用的形式者以下两种g8. 直角坐标形式将(4)丰口(5 )式左右两端先分别进行复数
10、运算，分解为实部Ro和虚部Xo(矶和Xo实际上是归一化了的输入阻和抗)的两个非线性方程组，然后用迭代的方法，求出c和值(见附录B)。b. 极坐标形式对(4)和(5 )式进行复数运算，分解为模R和相角一一一?二一一=Ro + jXo . (B 6) u JV 并得到与式(B2)和(B3)相同的输入阻Ro和输入抗Xoo对(B式的左端进行复数运算，亦可得到输入阻矶和输入抗Xo的表达式gtanhu( 1 +tanv) +utanv( 1 -tanhu) 。=. . .(B 7) (u + v) (tanhu + tanv) utanhu.( 1 + tanv) - vtanv ( 1 - tanhu)
11、 X, = _.-.-.,. .:. :-.，. ._. _. .-(B 8) 。(u+ v) (tanhu + tanv) B .3 计算时先假定一初值Uo和的，按照迭代法解(B4)和(B5) (或(B7)和(B8) )非线性方和组，直至计算到满足所要求的精确度时为止，此时的c和就是所求的解。J:述计算用计算机是很方便的。GB 5266-85 附录C极坐标形式求解c和的计算方法(参与牛C.l 对于声硬末端的情况，对第2.1条中的公式(5) c f-,d-7 才户JEE +- -dJ -+ r、丁弘H一t-。pu-J wCw 1 + Reiq 一一一一一一一一.(Cl) d 1 - Re 直接
12、进行复数运算，异出R和伊的表示式ER= (IZI+ 1-21ZIs利/(IZI+ 1 + 2 IZlcos非)J;.(C2)伊=arctan(2 IZlsin/ ( IZI一1)J .(C 3) 式中:I Z 1= (/wA2/(A2+1t(c/cw)( :2的e-.d+2cos(2d/c)1tHHHH-. (C 4) e2ad+e-Zad - 2 cos (2dl c) .J 世=ar由n( 1 / A) - arc ta n ( 2川(2 兰)/ (e2d -e叫.(C 5) c -A=/c. (C 6) C.2 对于声软末端情况，对第2.1条的公式(4 ) tanh (d + jd/c)
13、 d + jd/c wCw 1 + ReJq d 1 - Rej, (C 7) 直接进行复数运算，同样可导出形式与(C2)、(C3)完全相|日ailJR平Ilq)的表达式，只是式中参最IZI和稍有不同。R=(IZI+l吁2I Zlcos非)/(|ZF+l+21Z|cosV) t=arctan(2 iZlsin/( iZI- 1) J 式中:IZI = (/w )(A/ (A + I)J村clcw) ( 2ad - e - 2ud - 2 cos ( 2d!c)飞(C 8) e 2ad + e -2d+2cos(2)d/c) .J = arctan ( 1 / A) + arctan ( 2 s
14、in ( 2d/c、(e2ad-e2d) J . (C 9) A二/c. (C 10) C.3计算时先设定初值c，和。，代人式(C2)有1(C 3)计算得1直Ro和叭，将它同洲垦R和F分别进行比较，在给定的民差范围内，看它们是否一致，如果不4致，则修改设立国为C和d丘，代人(C2)和(C3)计算得R，和p2再与R幸Up进行比较，11至满足所要求的准确度时止，此时的C和值即为所求的解。GB 5286-85 上述计算用计算机是很方便的。附加说明:本标准由全国声学标准化技术委员会审查通过。全国声学标准化技术委员会主任委员g马大献，副主任委员g吴大胜，徐唯义，程瑞全。本标准由韶声水声分委会提出。起声水声分委会主任委员z徐唯义，副主任委员g魏墨盒。本标准主要起草人缪荣兴、王荣津。
