專利名稱：一種液浸高頻超聲換能器聲場測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供的是一種新的測量無損檢測用高頻超聲換能器聲束橫向分布的反射式方法。
背景技術(shù)：
高頻超聲換能器廣泛應(yīng)用于超聲無損檢測領(lǐng)域，為了提高缺陷的檢測精度，對于超聲換能器聲場分布的分析方法有更高的要求。幾十年來也提出來很多分析測量方法，如微換能器法，鋼球發(fā)射法，光彈成像等等。但是這些方法并不能滿足所有的需求，不是因為這些系統(tǒng)過于復雜昂貴就是因為測量精度較差。如今水聽器被公認為一種測量聲場的標準型方法，但是水聽器測量也存在很多問題，首先水聽器最大的缺點是其角度敏感性，由于其敏感元件的方向性使得大部分水聽器都對方向有很高要求，如果測量非軸向聲場分布時受水聽器角度影響更大。其次，水聽器的高頻響應(yīng)(15MHz以上)通常依賴于敏感元件的幾何尺寸，而且水聽器表面會產(chǎn)生微小氣泡影響測量精度。第三，水聽器不僅價格昂貴而且由于其敏感元件比較薄脆(尤其PVDF材質(zhì))，保存和使用時必須非常小心。直邊反射法在大部分情況下可以替代水聽器實現(xiàn)聲束測量，值得說明的是，對于超高頻換能器(50MHz以上)， 由于頻率響應(yīng)的限制可用的水聽器很少；而直邊反射法從理論上分析，其響應(yīng)只依賴于發(fā)射換能器頻率響應(yīng)特性，只需要制做邊緣刃性更高的直邊試塊，便可以實現(xiàn)超高頻換能器的聲束尺寸測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種新的方法測量高頻換能器聲場的分布。不同于點反射或線反射，本發(fā)明利用實驗測定的刃邊分布的線響應(yīng)函數(shù)以及阿貝爾逆變換來確定超聲換能器橫向聲束分布情況。該方法基本過程是利用超聲掃描系統(tǒng)帶動超聲換能器垂直于聲束軸掃描一個試塊刃邊，從而獲得該刃邊的超聲圖像以及進一步得到其線響應(yīng)函數(shù)。然后利用阿貝爾逆變換計算出橫向聲束分布。
四

圖1是理想聲線階躍邊反射模型；圖2是有限寬度聲束階躍邊反射模型；圖3是二維分布于線響應(yīng)的關(guān)系；圖4是邊緣分布測量實驗設(shè)置；
五具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作更詳細的描述結(jié)合圖1，所示為如果換能器的聲束無限窄，理想情況為一條聲線，則該聲線在一個階躍直邊上的垂直掃描反射響應(yīng)也為一個階躍響應(yīng)U(X)；
3
結(jié)合圖2，所示為實際超聲換能器的發(fā)射聲束為有限寬度聲束，其在一個階躍直邊上的垂直掃描反射響應(yīng)并不是一個階躍響應(yīng)而是斜邊分布，記作邊緣響應(yīng)e(x)。由于聲束的橫截面是一個二維非均勻分布，在遠場區(qū)聲束截面中心聲壓最大，隨著離軸距離增加而迅速衰減，這個特點就造成了邊緣響應(yīng)曲線在其過渡區(qū)呈現(xiàn)不同的斜率特性，這個斜率特性直接反應(yīng)了聲束分布特性。邊緣響應(yīng)的斜率特性，在此稱作線響應(yīng)100，邊緣響應(yīng)與線響應(yīng)的數(shù)學關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種新的測量無損檢測用高頻超聲換能器聲束橫向分布的反射式方法。方法基本過程是利用超聲掃描系統(tǒng)帶動超聲換能器垂直于聲束軸掃描一個試塊刃邊，從而獲得該刃邊的超聲圖像以及進一步得到其線響應(yīng)函數(shù)。然后利用阿貝爾逆變換計算出橫向聲束分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，可測量高頻超聲換能器橫向聲束分布，而不受頻率帶寬的限制，理論上的響應(yīng)特性主要取決于被測換能器的響應(yīng)帶寬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，測量方法包括一個具有垂直直邊的鋼試塊，其表面粗糙度R <3. 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于利用實驗測定的刃邊分布的線響應(yīng)函數(shù)以及阿貝爾逆變換來確定超聲換能器橫向聲束分布情況。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于過程需要對直邊進行多次掃描測量，將直邊的掃描數(shù)據(jù)和每個采樣點的原始波形存儲到計算機中用于后續(xù)的處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于數(shù)據(jù)后處理包括去噪，數(shù)據(jù)重組，微分計算、Abel逆變換等，因為掃描檢測得到的邊緣分布可能受到噪聲污染，隨后的微分計算過程對于噪聲此較敏感，所以在求取邊緣分布函數(shù)時，需要對測量數(shù)據(jù)進行去噪處理。數(shù)據(jù)去噪中采用多項式對邊緣分布函數(shù)進行最小二乘擬合，對擬合的邊緣分布函數(shù)進行歸一化。
全文摘要
本發(fā)明一種液浸高頻超聲換能器聲場測量方法提供的是一種新的測量高頻超聲換能器聲束橫向分布的直邊反射式方法。不同于小球反射法或水聽器法，該方法主要是利用實驗測定的換能器聲束的直邊反射分布的線響應(yīng)函數(shù)以及阿貝爾逆變換來確定超聲換能器橫向聲束分布情況的。該方法基本過程是利用超聲掃描系統(tǒng)帶動超聲換能器垂直于聲束軸掃描一個剛性階躍直邊，從而獲得該直邊的聲反射分布，進一步計算可以得到其線響應(yīng)函數(shù)。然后利用阿貝爾逆變換計算出橫向聲束分布。
文檔編號G01H17/00GK102506992SQ201110360349
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者周世圓, 孔濤, 徐春廣, 潘勤學, 肖定國, 趙新玉, 郝娟 申請人:北京理工大學