實驗(yan)名(ming)稱：基(ji)于水聽器法的(de)超聲換能器聲場(chang)特性校準技(ji)術的(de)研究(jiu)

　　研究方向：超聲換能器

　　測試目(mu)的：

　　超(chao)(chao)聲(sheng)無(wu)損檢(jian)測是(shi)(shi)無(wu)損檢(jian)測領(ling)(ling)域重要的(de)(de)(de)技(ji)術之一，而換(huan)(huan)能器作為(wei)超(chao)(chao)聲(sheng)檢(jian)測中(zhong)的(de)(de)(de)關(guan)鍵部件，廣泛(fan)應用于工業檢(jian)測和(he)醫用超(chao)(chao)聲(sheng)成像(xiang)領(ling)(ling)域。其性能好壞直(zhi)接關(guan)系到超(chao)(chao)聲(sheng)應用技(ji)術的(de)(de)(de)效果和(he)使用范圍，特(te)別是(shi)(shi)聲(sheng)場(chang)特(te)性參(can)(can)數，對超(chao)(chao)聲(sheng)無(wu)損檢(jian)測的(de)(de)(de)檢(jian)測范圍、缺(que)陷(xian)檢(jian)出率和(he)缺(que)陷(xian)評價準確(que)性都有很大的(de)(de)(de)影響，實現對超(chao)(chao)聲(sheng)換(huan)(huan)能器的(de)(de)(de)聲(sheng)場(chang)特(te)性參(can)(can)數準確(que)測量進(jin)行深(shen)入研究是(shi)(shi)十分有價值的(de)(de)(de)。

　　在計量領域中，依據JJF1294-2011《超聲探傷儀換能器校準規范》、JJF1650-2017《超聲探傷儀換能器聲場特性校準規范》開展超聲換能器的校準。其中JJF1294-2011是通過標準試塊耦合換能器向其材料內部發射超聲波，該波在標準試塊中傳播并再次被耦合換能器檢測到以用于評價換能器相關特性參數；JJF1650-2017是基于水聽器法測量超聲信號和掃描聲場獲取聲場特性參數，水聽器法作為目前超聲聲場中聲壓測量的推薦法則，其優點是測量結果直觀，能完整反映聲波波形的圖形，是各領域換能器聲學特性參數校準的標準。

　　文(wen)中主(zhu)要針對基于水(shui)聽器(qi)(qi)法超聲(sheng)(sheng)換能(neng)(neng)器(qi)(qi)聲(sheng)(sheng)場特(te)性(xing)參數校準進行研究(jiu)，包(bao)括超聲(sheng)(sheng)換能(neng)(neng)器(qi)(qi)聲(sheng)(sheng)場特(te)性(xing)校準裝置的設備組成(cheng)和技(ji)術指標、聲(sheng)(sheng)場特(te)性(xing)參數(包括焦距焦區尺寸、聲束擴散角等參數)校準方法；進行聲場特性參數的實驗測量，并進一步討論實驗數據。

　　測試設備：ATA-8202射頻功率放大器、水聽器、信號發生器、示波器等。

　　實(shi)驗過(guo)程：

圖：超聲換能器(qi)聲場特(te)性校準系(xi)統結構(gou)示意(yi)圖

　　超聲(sheng)(sheng)換能器(qi)聲(sheng)(sheng)場特性校(xiao)準系統主要由(you)超聲(sheng)(sheng)聲(sheng)(sheng)場掃描定(ding)位裝置(zhi)、超聲(sheng)(sheng)脈沖激勵裝置(zhi)、信(xin)號采集裝置(zhi)，其校(xiao)準系統結(jie)構(gou)示(shi)(shi)意(yi)如上圖所示(shi)(shi)。

　　一、標準水聽器(qi)和(he)被測超聲換能器(qi)的安裝(zhuang)

　　由于(yu)(yu)水(shui)聽器針尖的(de)薄膜非常脆弱，因此使用水(shui)聽器探(tan)頭時一(yi)定不能用于(yu)(yu)或其他物體(ti)觸碰針尖，使用蒸餡水(shui)輕輕清(qing)洗(xi)即(ji)可；

　　將(jiang)標(biao)準水聽(ting)器(qi)安裝固定于電動五自由度(du)運動機構的夾持支架上，并(bing)注(zhu)意水聽(ting)器(qi)的連接(jie)線(xian)，不要(yao)纏繞在運動機構上；

　　將被測超聲換(huan)能(neng)器(qi)安裝固定于(yu)手動五自(zi)由度運(yun)動機構的夾持支(zhi)架上，并注意被測超聲探頭(tou)的連接(jie)線，不要纏繞在運(yun)動機構上；

　　標(biao)準水聽(ting)(ting)器(qi)(qi)和(he)(he)被(bei)(bei)測超(chao)(chao)聲換能器(qi)(qi)安(an)裝固定后，可分別(bie)通過驅動(dong)手(shou)動(dong)五自由度運動(dong)機(ji)構、電動(dong)五自由度運動(dong)機(ji)構調節被(bei)(bei)測超(chao)(chao)聲換能器(qi)(qi)、標(biao)準水聽(ting)(ting)器(qi)(qi)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)(he)安(an)態。請盡量保持(chi)被(bei)(bei)測超(chao)(chao)聲探(tan)(tan)頭表(biao)面與水聽(ting)(ting)器(qi)(qi)垂直，使(shi)被(bei)(bei)測超(chao)(chao)聲探(tan)(tan)頭和(he)(he)標(biao)準水聽(ting)(ting)器(qi)(qi)的(de)軸線位(wei)于(yu)水槽中心(xin)的(de)回一直線上。

　　二、系統的連接調試(shi)

　　將被(bei)測(ce)超聲換能器連接功率放(fang)大器和信(xin)號發(fa)生器，設置(zhi)信(xin)號發(fa)生器工作頻(pin)率為(wei)被(bei)測(ce)換能器的標(biao)稱(cheng)頻(pin)率2.25MHz，并置于猝發音輸出模式，脈沖激勵波形周期數設置為10個，使得水聽器輸出達到穩態為準。

　　將標準水聽(ting)器連接放大器和示波器，通過(guo)電動五自由度運動機構帶動水聽(ting)器以步進距離(li)0.2mm，運行速度10mm/s進行若干平面的掃描，即可得到聲場特性參數。

　　實驗(yan)結果：

圖：聚焦超(chao)聲換(huan)能器聲場特性參數測量結果

　　通(tong)過對比實(shi)際(ji)測量(liang)結(jie)(jie)果和理(li)論結(jie)(jie)果發現，實(shi)際(ji)測量(liang)的聲(sheng)場(chang)與仿真結(jie)(jie)果基本吻合，聲(sheng)場(chang)特性參數測量(liang)結(jie)(jie)果在合理(li)的范(fan)圍內(nei)。證明系統可以(yi)測量(liang)聚焦換(huan)能器聲(sheng)場(chang)，并且測量(liang)結(jie)(jie)果比較準確。

　　安泰(tai)ATA-8202射頻功率放大器：

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