用超声测厚仪测量小提琴木材的声速

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引用 走陌路的旅客 2017-8-2 08:57

     楼主辛苦了， 谢谢分享！

引用 ba5rw 2017-8-2 15:15

本帖最后由 ba5rw 于 2017-8-2 15:16 编辑

感觉这种算法有误。
看图片，木块厚度是35.43，假设仪表用的是反射式回声算法，那么发射头和接收头应该在同一侧，现在你是对接状态，如果没有改变反射回声减半算法，对接状态的距离要乘上2才对，因为仪表内部已经把厚度减半。如果仪表是直接按照声速算距离，那也不需要把35.43除2，所以我怀疑横竖都是错的。

有个简单的办法验证我的质疑：请楼主吧木块拿掉，保持35.43的距离，你看看空气的声速是多少？

引用 yunshan云杉 2017-8-2 17:17

ba5rw 发表于 2017-8-2 15:15
感觉这种算法有误。
看图片，木块厚度是35.43，假设仪表用的是反射式回声算法，那么发射头和接收头应该在同 ...

你想反了.

引用 yunshan云杉 2017-8-2 17:19

有空时,我可以解释一下.

引用 ba5rw 2017-8-2 17:29

本帖最后由 ba5rw 于 2017-8-2 17:33 编辑

yunshan云杉 发表于 2017-8-2 17:17
你想反了.

我没搞懂你用的超声波测试仪是反射式还是直射式，如果是直射式，就应该直接显示35.43，不必要再除2，如果是反射式，显示的数值的确是17.715，因为内部看成往返路程已经除2了。

最简单的验证方法就是按照你的方法，拿掉木块，看看17.7的时候空气的声速是多少就明白了！我最迫切的想了解你用这样的方法测得的空气声速。这很简单的吧？

引用 yunshan云杉 2017-8-2 19:51

yunshan云杉 发表于 2017-8-2 17:19
有空时,我可以解释一下.

谢谢关注，现在按测厚来讨论，好理解一些。
1.上述测厚仪的探头里有两个压电陶瓷片，一个发射，另一个接收，测量往返时间，跟据声速算出厚度。因为木材的损耗大，很难测到回波，解决的办法，一是可以加个超声功放，二是可以修改程序，我就是这样做的。但对大多数制琴师，只好用不修改硬件和软件的变通办法，加一个探头，每个探头只用一个陶瓷片，总计浪费了两个陶瓷片，测量单程时间。
2.现在打个拟人化的简化比方，假设（是假设）声速是1厘米/秒，被测厚度是1厘米，用单探头，测到往返的时间是2秒，计算出的厚度是1厘米，注意，这时实值是1厘米，示值是1厘米。
3.现在改用双探头测量，测到单程时间（只往不返）1秒，它（测厚仪的芯片）还以为是单探头算出厚度0.5厘米，注意，这时实值是1厘米，示值是0.5厘米。
4.就是说双探头测量，实际值除以2就是你（希望）将在屏上看到的值，称为示值，或目标值。目标值太大或太小，是参数速度不合适。（可看我的原贴）。
5.至于你问空气的声速是多少，网上可以查到。
6.我发表的测厚仪，减薄测厚仪的测量部份的硬件和软件都是我自己设计制作的。谢谢关注。

引用 yunshan云杉 2017-8-2 20:00

你说“有个简单的办法验证我的质疑：请楼主吧木块拿掉，保持35.43的距离，你看看空气的声速是多少？”

上述测厚仪不能用于测量空气。

引用 dzhzzh 2017-8-2 20:40

楼主的方法很好，可以节省两万多购置费（法国的测量声速仪）。

引用 dzhzzh 2017-8-2 21:03

2015年1月在淘宝网买了上图东东，因瞎忙就一直没试测。现在楼主已完成试测。对此，本人表示十分感激！

引用 dzhzzh 2017-8-2 21:06

建议给楼主加精！

引用 yunshan云杉 2017-8-3 04:19

ba5rw：关于空气声速，可以用超声测距的方法间接的测出，精度不是很高，（有点走题，
愿意讨论）。

arduino 系列是中小学很普遍的电路，淘宝上有专用于arduino的超声模块，不到10元钱。程序可从网上下载，改一下就能测空气声速。
有兴趣可以玩一玩。

总感觉跑题了。

引用 ba5rw 2017-8-3 09:24

yunshan云杉 发表于 2017-8-3 04:19
ba5rw：关于空气声速，可以用超声测距的方法间接的测出，精度不是很高，（有点走题，
愿意讨论）。

我就是想通过您测定空气的声速来考量您的仪器的准确与否，如果空气都不能测，那么用来测木材就更不靠谱了。

超声波测距是玩单片机常用的实训项目，我当然玩过。没听说哪个超声波不能测量空气中的物体距离的，能测量距离当然也就可以换算出声速的。记得空气中25摄氏度，正常湿度60%左右，声速是340米/秒。您的仪器大约是比较便宜的果欧超声波测厚仪。木材是超声波不良导体，这一类仪器基本上是不靠谱的，只能测量金属陶瓷塑料玻璃等测量，不能对木材测量。而使用对射式测量，貌似真的可以通过调整声速参数得到已知距离下的木材声速，只是我怀疑这类测厚仪的精确度和算法。超声波看似原理简单，实际涉及的东西比较复杂，也不是线性传播的，这就导致其测量值是非常不可靠的。
以上只是探讨。我做过小提琴测厚仪的实验，有时候自己也在用，就是发现超声波压根就不靠谱所以选择的是霍尔原理，重复精度好多了，最主要的是是可以无损测量成品提琴，只是现在手头在设计其他产品，人也变懒了，回到家中就不想再烧脑，没有后续变成成品。您的想法是对的，所以我想证实下你手中仪表的精度，如果空气都不能测，我当然持否定态度。望谅解。

引用 yunshan云杉 2017-8-3 15:02

目前市售超声测厚仪都不能测空气介质.因为没有这个需求,一定要做,探头的声阻(阻抗)要改变.

引用 wld4803 2017-8-6 18:38

本帖最后由 wld4803 于 2017-8-6 18:57 编辑

楼主的想法不错，用一般测厚仪测木材的厚度肯定是很不准确的，因为木材不是一种密度均匀的介质，但是在已知规定的厚度下测某种木材的平均声速还是比较准确的。建议楼主对每种木材多测几个不同样本，取它们的平均值就更有意义。一般超声波测厚仪为了提高测量精度都是用的高频超声，空气对高频超声的声阻很大，所以测固体介质的测厚仪一般无法测空气，比如用来检查人体的B超仪，为了减少空气的声阻都要在探头和人体表面涂抹耦合剂以避免探头和检测表面之间有空气。

引用 ba5rw 2017-8-6 23:18

wld4803 发表于 2017-8-6 18:38
楼主的想法不错，用一般测厚仪测木材的厚度肯定是很不准确的，因为木材不是一种密度均匀的介质，但是在已知 ...

涂抹介质液体的目的是消除介质不同造成波的折返射，波速不同的物质会造成折射现象，超声波影像也是根据脂肪、人体组织和水的声不同而实现造影的，这与筷子插在水中看过去好像折弯一样，这是因为水介质和空气介质的光传播速度不一样，光纤也是根据这个原理发明的，虽然与声阻有关但不是因为所谓声阻的原因。正是因为木材间隙中存在空气，而且分布极不均匀，所以测试固体的超声波压根就无法测试木材的厚度，调整声速参数达到已知厚度来测试声速我虽然也认同，但是为何就不能调整声速来测试空气厚度？我上面的意思其实是为了求证这类超声波的算法是否适合这样测试木材声速的，如果空气不能通过我基本上不大相信这类的测厚仪可以测试木材的声速，因为空气实际上在木材中也参与了传播声音，这恐怕要有另外的算法，以考虑混合介质的实际情况。

引用 sunshunoo8 2017-8-7 06:24

       以测厚而间得声速的方法不错,准确与否不是关健,因能不同材的横向比对.故可'择优录取''好的木.

引用 ba5rw 2017-8-7 09:13

sunshunoo8 发表于 2017-8-7 06:24
以测厚而间得声速的方法不错,准确与否不是关健,因能不同材的横向比对.故可'择优录取''好的木.
...

建议使用自然共振法，有请移步我的这个帖子赐教：https://www.chinaviolin.net/forum ... 8193&extra=page%3D1
这样取得的数据至少在理论上是经得起推敲的，已知常用小提琴胚料的标准尺寸，去采购的时候只要带上三样东西：一部笔记本电脑，甚至手机，只要上面装有频谱软件，并具备一定的分辨率，还有计算器功能；一个分辨率到克的便携台秤或快递用的那种口袋秤即可；一根鱼丝或棉线麻绳均可。

秤是用来求密度的，频谱软件是用来听主音调的，鱼丝是保证激励振荡充分自由。然后可以求R，而不是声速！

引用 sunshunoo8 2017-8-7 09:48

本帖最后由 sunshunoo8 于 2017-8-7 10:08 编辑

测 语音的增益频点常用1000hz,,超声测得与音频测得最好有因果关系,音频速度是要点.楼主实践，是正比吧!  发明是好汉，        创造是英雄。我会向楼上老弟的文章学习的。

引用 liudaiyi 2017-8-7 10:47

曾经问过几家淘宝上卖超声波测厚仪的厂家，能否测在木材中的传播声速，回答都是不能。即使有些产品本身就有倒推声速功能。
进一步咨询销售关键零部件——传感器的厂商，回答也是不能。看了ba5rw先生的解释，一个“非线性”使我茅塞顿开。声波在其良导体中是线性传播的，在木材中是非线性传播的，木材特性差异太大，因而声速衰减不遵循同一公式。

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