一种带轴向可调节匀强磁场加载装置的声学测量系统的制作方法

本发明涉及阻抗管隔声测试技术领域，具体为一种带轴向可调节匀强磁场加载装置的声学测量系统。

背景技术：

在现代社会中，噪声不仅在工业、航空和交通铁路等各个领域中，给其领域的仪器、设备等带来了严重的安全隐患，而且严重影响了人们的日常工作生活。传统被动式隔声材料一旦制备完成，其等效参数固定，隔声频率范围较窄。为了增强隔声材料面对复杂声学环境的适应性，运用磁流变等材料并基于磁场控制的各类主动式隔声材料快速发展，这类主动隔声材料在磁场作用下的隔声实验成为需解决的难题之一。

目前，阻抗管隔声实验中磁场加载方式主要有三种，一种是将环形永磁铁套于阻抗管，但这种形式磁场强度无法有效调节；第二种是将电磁场加载装置与主动隔声材料一同置于阻抗管内，一方面，导线无法从阻抗管中引出，另一方面，导线存在于阻抗管内、待测试件周边，势必会干扰阻抗管内平面波的传播，从而对隔声实验产生很大影响；第三种是直接在阻抗管外侧缠绕线圈形成磁场加载装置，由于阻抗管声学传感器离待测试件较近，绕制的线圈通电后产生的磁场及电热会对传感器灵敏度产生较大影响，进而影响隔声实验的测量精度，且不方便拿取试件。

技术实现要素：

本发明提供了一种带轴向可调节匀强磁场加载装置的声学测量系统，通过定量改变输入电流，调节匀强磁场加载强度，从而达到主动隔声材料的隔声实验要求。

本发明的技术方案是：一种带轴向可调节匀强磁场加载装置的声学测量系统，由阻抗管测量系统和轴向可调节匀强磁场加载装置组成。其中轴向可调节匀强磁场加载装置的两端与阻抗管测量系统的前管后端和后管前端相连接，置于前管和后管之间，并与前管和后管轴向同心。其中，阻抗管测量系统的前管和后管长都为800mm，并在其上表面布置有6个声传感器，用于接收声信号，第一传感器位于前管后端5mm处，第二传感器位于第一传感器前面8mm，第三传感器位于第二传感器前面22mm，第四传感器位于后管前端15mm处，第五传感器位于第四传感器后面8mm，第六传感器位于第五传感器后面22mm，保证6个传感器位于同一平面且在一条直线上，具体的安装位置如附图1所示。阻抗管测量系统声源安装于阻抗管测量系统前管的前端。

其中，轴向可调节匀强磁场加载装置是由圆柱管、线圈挡板、漆包铜线圈和直流电源组成；漆包铜线圈均匀地绕制在圆柱管上，绕制的时候在开始和结束时都预留出500mm长的漆包铜线圈，用于连接直流电源；圆柱管两端设置有线圈挡板，线圈通入电流后可在圆柱管内产生匀强磁场，可通过改变输入电流的强度调节磁场强弱，同时圆柱管作为摆放待测试件的试件管，待测试件用带刻度标尺的活塞杆推入圆柱管。其中，活塞杆上的刻度尺可以清晰地表示出待测试件位于圆柱管内的具体位置，即刻度尺显示多少，试件就被推进圆柱管多长距离。刻度尺安装于活塞杆的表面，保证刻度方向与活塞杆的端面垂直，且在推动活塞杆的时候，刻度尺位置不会改变。

上述方案中，所述的圆柱管内径与阻抗管测量系统的内半径r保持一致，外径与阻抗管测量系统的外半径r保持一致，长度应大于4r。圆柱管与阻抗管测量系统的前管和后管的连接可采用螺纹或卡扣等连接方式，连接后需保证接口处紧密贴合且轴向同心。

进一步的，为不影响磁场分布，所述的圆柱管由铝等弱磁性材料制成。

上述方案中，所述的漆包铜线和直流电源根据所需磁场大小选择不同线径的漆包线和不同功率的直流电源。

进一步的，线径较小的漆包铜线可绕制更多匝数，但电阻较大，此时需要选择功率较大的直流电源，对实验设备提出更高要求；线径较大的漆包铜线绕制匝数较少，电阻较小，可通入较大电流来保证磁场强度，但这种方式会产生较大电热。

进一步的，所述的漆包铜线圈在绕制时，每绕一层用绝缘胶带包覆，预留的用以和直流电源连接的一段漆包线用绝缘胶套包裹。

上述方案中，所述的线圈挡板外边缘应高于绕制好的漆包铜线圈最外侧，线圈挡板的厚度保证在漆包铜线圈绕制过程中以及实验过程中不变形即可。

进一步的，所述的线圈挡板由尼龙材料制成。

进一步的，所述的线圈挡板与圆柱管之间的连接可采用螺纹连接或胶水连接等方式。

上述方案中，为保证在待测试件推入圆柱管过程中不受气压影响，所述的带刻度标尺的活塞杆带有导流孔，导流孔的位置位于活塞杆与被测试件接触的前端面中心并贯穿整个活塞杆。

进一步的，为保证待测试件推入圆柱管后，其表面与平面波垂直，即保证待测试件竖直，以及保证推入时的顺滑，带刻度标尺的活塞杆半径要小于r大于0.8r，活塞杆前端采用内凹设计。

进一步的，带刻度标尺的活塞杆可采用尼龙等材料制成。

本发明具有以下优点：

1、能够实现匀强磁场加载，磁场强度可通过输入电流定量调节；

2、线圈绕制于圆柱管外侧，解决导线在阻抗管测量系统内影响隔声测量的难题；

3、增加了一段圆柱管，使得漆包铜线圈距离传感器较远，避免实验中磁场和电热对传感器的影响。

附图说明

图1为带轴向可调节匀强磁场加载装置的声学测量系统。

图2圆柱管。

图3轴向可调节匀强磁场加载装置。

图4带刻度标尺的活塞杆。

图5模拟轴向可调节匀强磁场加载装置的磁场分布。

图6实测圆柱管内轴线上磁场分布。

图7阻抗管测量系统改造前后测试结果。

附图标记说明：1-阻抗管测量系统声源；2-阻抗管测量系统前管；3-声传感器接口；4-轴向可调节匀强磁场加载装置；5-阻抗管测量系统后管；6-线圈挡板；7-漆包铜线圈；8-刻度标尺；9-导流孔；第一传感器③；第二传感器②；第三传感器①；第四传感器④；第五传感器⑤；第六传感器⑥。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本实施例中圆柱管内半径r＝50mm，外半径r＝60mm，长度l＝210mm，由铝材质制成，见图2。

本实施例中漆包铜线直径为1.2mm，线圈匝数为1000匝，线圈挡板为尼龙材质，厚度3mm。

本实施例中圆柱管与阻抗管测量系统前管和后管采用螺纹连接的方式，连接后如图1所示。

本实施例采用“60v，60a”的直流电源。

本实施例中带刻度标尺的活塞杆为尼龙材质，见图4。

结合图1、图2和图3，第一步：将两片线圈挡板用热熔胶固定在圆柱管的两端，固定时避开螺纹位置，涂抹热熔胶后放置一段时间，等待热熔胶变干强化；

第二步：将漆包铜线均匀的绕制于圆柱管上，两片线圈挡板之间，绕制时，每绕制一层线圈，用绝缘胶带包覆一层，绕制完成后，用绝缘胶带均匀的包覆线圈外侧，预留出的漆包铜线用绝缘胶套包裹，从而形成轴向可调节匀强磁场加载装置，如图3所示。

第三步：将圆柱管后端拧在阻抗管测量系统后管上，再调整阻抗管测量系统前管位置，将阻抗管测量系统前管与圆柱管前端相连，从而形成带轴向可调节匀强磁场加载装置的声学测量系统，如图1所示。

本实施例中，漆包铜线圈通入电流后在圆柱管内形成一段轴向匀强磁场，磁场强度可通过输入电流的大小定量控制。

本实施例中的轴向可调节匀强磁场加载装置用comsolmultiphysics5.3a模拟输入15a电流时，其内部磁场分布情况，结果如图5所示。

从图5中可以看出，轴向可调节匀强磁场加载装置管内中心区域附近较大范围内产生匀强磁场，匀强磁场宽度超过管长的一半，管内轴线上磁场强度最大接近0.11t。

本实施例中的轴向可调节匀强磁场加载装置接入直流电源，通入15a电流，在圆柱管轴线上每隔20mm取一个测试点，共取13个点，用高斯仪实际测量各点磁场强度，绘制管内轴线上磁场强度分布曲线如图6所示。

从图6中可以看出，通电后，管内轴向有将近100mm宽度范围的匀强磁场，整体而言，匀强磁场的范围能够满足实验要求。

本实施例对阻抗管测量系统进行加长改造，从阻抗管的工作原理角度分析是完全可行的。

本实施例中，分别将同一个试件装入无磁场加载装置的阻抗管测量系统内和带轴向可调节匀强磁场加载装置的阻抗管测量系统内进行多次测量。其中无磁场加载装置的阻抗管测量系统的前管和后管直接用螺纹连接；带轴向可调节匀强磁场加载装置的阻抗管测量系统则增加了一个轴向可调节匀强磁场加载装置，置于前管和后管之间，并用螺纹将轴向可调节匀强磁场加载装置与前管、后管相连接。

装入试件时，为防止漏声，用生胶带缠绕试件周边，并抹上凡士林。

将试件用如图4所示的带刻度标尺的活塞杆推入改造后的带轴向可调节匀强磁场加载装置的阻抗管测量系统内。

每次实验需根据试件的实际位置在阻抗管测量系统配套软件va-lab中调整参数。

测试结果如图7所示，从图中可以看出，改造后的阻抗管测量系统与改造前的阻抗管测量系统测量结果一致性非常好，完全可以满足实验要求，实际测试表明，对阻抗管测量系统的改造不会影响设备的测试精度，即本发明提出的对阻抗管测量系统的改进方法是可行的。

结合实施例，本发明所提出的一种带轴向可调节匀强磁场加载装置的声学测量系统，能够在保证测量精度的前提下，提供实验所需的可调节匀强磁场测试环境。

上述为本发明优选实施例，不能作为本发明的全部范围，在以本发明所述的一种带轴向可调节匀强磁场加载装置的声学测量系统为基准所做的任何明显的改进和简单变换均属于本发明的专利覆盖范围。