本實用新型涉及一種聲波衰減系數(shù)測試技術(shù)，尤其是涉及一種綜合聲波衰減系數(shù)的測試裝置。

背景技術(shù)：

壓電陶瓷傳感器在超聲探傷、測距測速、識別等領(lǐng)域的應(yīng)用中作為換能器。換能器主要的應(yīng)用方式有兩類：第一類是收發(fā)一體，即發(fā)射與接收的工作由一只換能器完成；第二類是收發(fā)分體，即發(fā)射與接收的工作由兩只以上的換能器共同完成。不論哪種應(yīng)用方式，關(guān)鍵都是利用超聲波在介質(zhì)中傳播時，聲波的反射、透射、衰減等原理來達(dá)到不同測量目的的。如中國公告的發(fā)明專利“一種檢測微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法及其裝置”及中國公開的發(fā)明專利申請“氣液兩相流中氣泡大小、數(shù)目和運動速度的測量方法”和“一種基于聲吶電磁協(xié)同探測技術(shù)的海洋沉潛油檢測系統(tǒng)及方法”等均公開了利用聲波在介質(zhì)中傳播時，聲波衰減的原理來實現(xiàn)相應(yīng)測量的目的。在傳統(tǒng)的利用超聲波測量濃度、某些物質(zhì)含量、是否存在雜質(zhì)等物理量的測量應(yīng)用中，一方面，由于通常僅僅應(yīng)用了換能器的某一指定諧振頻率以脈沖發(fā)射、回波偵聽的工作方式測量被測介質(zhì)的聲波衰減量來判斷被測介質(zhì)的變化，因此浪費了換能器的頻率特性資源；另一方面，由于收發(fā)分體的換能器采用了脈沖發(fā)射、回波偵聽的工作方式，因此浪費了換能器的連續(xù)工作時間資源。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種綜合聲波衰減系數(shù)的測試裝置，其不僅充分利用了換能器的頻率特性資源，而且在測試時換能器采用了不間斷發(fā)射、連續(xù)偵聽的工作方式，節(jié)省了測試時間。

本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種綜合聲波衰減系數(shù)的測試裝置，其特征在于包括發(fā)射換能器、接收換能器、掃頻信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)，所述的發(fā)射換能器與被測介質(zhì)的一端接觸連接，所述的接收換能器與被測介質(zhì)的另一端接觸連接，所述的掃頻信號發(fā)生器的輸出端與所述的發(fā)射換能器的輸入端連接，所述的數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)的第一個信號采集端與所述的發(fā)射換能器的輸入端連接，所述的數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)的第二個信號采集端與所述的掃頻信號發(fā)生器的輸出端連接，所述的數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)的第三個信號采集端與所述的接收換能器的輸出端連接，所述的數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)的采集完成信號輸出端與所述的掃頻信號發(fā)生器的觸發(fā)輸入端連接，所述的數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)與所述的數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)之間通信交互，所述的數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)的參數(shù)輸出端與所述的掃頻信號發(fā)生器的參數(shù)輸入端連接，所述的數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定有與所述的發(fā)射換能器和所述的接收換能器的諧振頻率相適應(yīng)的掃頻頻率范圍及第一頻率增量步長和第二頻率增量步長，其中，所述的第一頻率增量步長針對所述的發(fā)射換能器和所述的接收換能器的頻率特性變化平緩的情況，所述的第二頻率增量步長針對所述的發(fā)射換能器和所述的接收換能器的頻率特性變化陡峭的情況；每次測試時，所述的數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)傳輸本次測試所需的掃頻頻率給所述的掃頻信號發(fā)生器，所述的掃頻信號發(fā)生器輸出連續(xù)的掃頻信號，所述的數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)同時采集本次測試時所述的發(fā)射換能器的輸入電壓、所述的接收換能器的輸出電壓與所述的掃頻信號發(fā)生器輸出的連續(xù)的掃頻信號的掃頻頻率并傳輸給所述的數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)。

該測試裝置還包括測試臺架，被測介質(zhì)置于所述的測試臺架上，所述的發(fā)射換能器和所述的接收換能器均安裝于所述的測試臺架上。

所述的測試臺架由臺架底座、固定塊、滑塊和調(diào)節(jié)螺桿組成，所述的臺架底座內(nèi)沿長度方向設(shè)置有滑槽，所述的固定塊設(shè)置于所述的臺架底座長度方向的一端上，所述的滑塊的下部與所述的滑槽相適配，所述的滑塊的上部與所述的固定塊相對，所述的發(fā)射換能器嵌裝于所述的固定塊上且所述的接收換能器嵌裝于所述的滑塊的上部上，或所述的發(fā)射換能器嵌裝于所述的滑塊的上部上且所述的接收換能器嵌裝于所述的固定塊上，被測介質(zhì)夾緊于所述的固定塊與所述的滑塊的上部之間，且要求所述的發(fā)射換能器與被測介質(zhì)的一端良好接觸，所述的接收換能器與被測介質(zhì)的另一端良好接觸，所述的調(diào)節(jié)螺桿位于所述的滑槽內(nèi)且貫穿所述的臺架底座長度方向的兩端及所述的滑塊的下部，調(diào) 整所述的調(diào)節(jié)螺桿使所述的滑塊在所述的滑槽內(nèi)移動從而使所述的固定塊與所述的滑塊的上部之間的距離擴大或縮小以適應(yīng)不同長度的被測介質(zhì)。該測試臺架不僅用于安置被測介質(zhì)、用于安裝發(fā)射換能器和接收換能器，而且能夠適應(yīng)不同長度的被測介質(zhì)。

所述的臺架底座寬度方向的兩側(cè)內(nèi)壁上設(shè)置有導(dǎo)向條，所述的滑塊的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)向槽，同一側(cè)的所述的導(dǎo)向條嵌入所述的導(dǎo)向槽內(nèi)與所述的導(dǎo)向槽相配合。在此，導(dǎo)向條與導(dǎo)向槽的配合，使得滑塊在滑槽內(nèi)移動更穩(wěn)定。

所述的發(fā)射換能器和所述的接收換能器均為成品壓電陶瓷傳感器，發(fā)射換能器和接收換能器的工作頻率范圍均與被測介質(zhì)的實際工作環(huán)境的頻率范圍相適應(yīng)。

所述的發(fā)射換能器和所述的接收換能器及被測介質(zhì)外均包裹有一層用于屏蔽外界噪聲干擾的吸聲材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：

1)本實用新型的測試裝置充分利用了發(fā)射換能器和接收換能器的頻率特性資源，可在更寬的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)對被測介質(zhì)的觀測，提高了發(fā)射換能器和接收換能器的頻率資源的利用率，拓寬了針對被測介質(zhì)測量的可分辨頻率范圍。

2)本實用新型的測試裝置充分利用了發(fā)射換能器和接收換能器的連續(xù)工作時間資源，在測試時采取不間斷發(fā)射、連續(xù)偵聽的工作方式，節(jié)約了測試時間。

3)本實用新型的測試裝置實現(xiàn)了對被測介質(zhì)的連續(xù)測量，提高了對被測介質(zhì)的細(xì)微變化檢測的可能性與測量的靈敏度。

4)本實用新型的測試裝置實施的測試成本低，可在復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行測試，可應(yīng)用于不同的物質(zhì)相態(tài)、機器設(shè)備故障的預(yù)判等領(lǐng)域的測量，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。

附圖說明

圖1a為本實用新型的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(被測介質(zhì)與測試臺架以剖視結(jié)構(gòu)呈現(xiàn))；

圖1b為本實用新型的測試裝置中的測試臺架沿寬度方向的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為利用本實用新型的測試裝置對第一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行第1次測試所得的測試結(jié)果；

圖2b為利用本實用新型的測試裝置對第一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行第2次測試所得的 測試結(jié)果；

圖2c為圖2a所示的測試結(jié)果與圖2b所示的測試結(jié)果的差值；

圖3a為利用本實用新型的測試裝置對第一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行測試所得的測試結(jié)果；

圖3b為利用本實用新型的測試裝置對第二根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行測試所得的測試結(jié)果；

圖3c為圖3a所示的測試結(jié)果與圖3b所示的測試結(jié)果的差值；

圖4為發(fā)射換能器與接收換能器組成的收發(fā)系統(tǒng)的等效電路圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本實施例提出的一種綜合聲波衰減系數(shù)的測試裝置，如圖1a所示，其包括發(fā)射換能器1、接收換能器2、掃頻信號發(fā)生器3、數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)4和數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)5，發(fā)射換能器1與被測介質(zhì)8的一端接觸連接，接收換能器2與被測介質(zhì)8的另一端接觸連接，掃頻信號發(fā)生器3的輸出端與發(fā)射換能器1的輸入端連接，數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)4的第一個信號采集端與發(fā)射換能器1的輸入端連接，數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)4的第二個信號采集端與掃頻信號發(fā)生器3的輸出端連接，數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)4的第三個信號采集端與接收換能器2的輸出端連接，數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)4的采集完成信號輸出端與掃頻信號發(fā)生器3的觸發(fā)輸入端連接以告知掃頻信號發(fā)生器3本次數(shù)據(jù)采集完成，數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)4與數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)5之間通信交互，數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)5的參數(shù)輸出端與掃頻信號發(fā)生器3的參數(shù)輸入端連接，數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)5中預(yù)先設(shè)定有與發(fā)射換能器1和接收換能器2的諧振頻率相適應(yīng)的掃頻頻率范圍及第一頻率增量步長和第二頻率增量步長，其中，第一頻率增量步長針對發(fā)射換能器和接收換能器的頻率特性變化平緩的情況，第二頻率增量步長針對發(fā)射換能器和接收換能器的頻率特性變化陡峭的情況；每次測試時，數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)5傳輸本次測試所需的掃頻頻率給掃頻信號發(fā)生器3，掃頻信號發(fā)生器3輸出連續(xù)的掃頻信號，數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)4同時采集本次測試時發(fā)射換能器1的輸入電壓、接收換能器2的輸出電壓與掃頻信號發(fā)生器3輸出的連續(xù)的掃頻信號的掃頻頻率并傳輸給數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)5。

在此具體實施例中，如圖1a所示，該測試裝置還包括測試臺架7，被測介質(zhì)8置于測試臺架7上，發(fā)射換能器1和接收換能器2均安裝于測試臺架7上，測試臺架7如圖1a和圖1b所示由臺架底座71、固定塊72、滑塊73和調(diào)節(jié)螺桿74組成，臺架底座71內(nèi)沿長度方向設(shè)置有滑槽75，固定塊72一體設(shè)置于臺架底座71長度方向的一端上，滑塊73的下部與滑槽75相適配，滑塊73的上部與固定塊72相對，發(fā)射換能器1嵌裝于固定塊72上且接收換能器2嵌裝于滑塊73的上部上，或發(fā)射換能器1嵌裝于滑塊73的上部上且接收換能器2嵌裝于固定塊72上，被測介質(zhì)8夾緊于固定塊72與滑塊73的上部之間，且要求發(fā)射換能器1與被測介質(zhì)8的一端良好接觸，接收換能器2與被測介質(zhì)8的另一端良好接觸，調(diào)節(jié)螺桿74位于滑槽75內(nèi)且貫穿臺架底座71長度方向的兩端及滑塊73的下部，調(diào)整調(diào)節(jié)螺桿74使滑塊73在滑槽75內(nèi)移動從而使固定塊72與滑塊73的上部之間的距離擴大或縮小以適應(yīng)不同長度的被測介質(zhì)8。該測試臺架7不僅用于安置被測介質(zhì)8、用于安裝發(fā)射換能器1和接收換能器2，而且能夠適應(yīng)不同長度的被測介質(zhì)8。

在此具體實施例中，可在臺架底座71寬度方向的兩側(cè)內(nèi)壁上一體設(shè)置有導(dǎo)向條76，滑塊73的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)向槽77，同一側(cè)的導(dǎo)向條76嵌入導(dǎo)向槽77內(nèi)與導(dǎo)向槽77相配合。在此，導(dǎo)向條76與導(dǎo)向槽77的配合，使得滑塊73在滑槽75內(nèi)移動更穩(wěn)定。

在此具體實施例中，發(fā)射換能器1和接收換能器2及被測介質(zhì)8外均包裹有一層用于屏蔽外界噪聲干擾的吸聲材料9，包裹吸聲材料9是為了使該測試裝置在噪聲較大的環(huán)境中也能夠獲得較高的信噪比。

在此具體實施例中，發(fā)射換能器1和接收換能器2均為成品壓電陶瓷傳感器，發(fā)射換能器1和接收換能器2的工作頻率范圍盡可能均與被測介質(zhì)8的實際工作環(huán)境的頻率范圍相適應(yīng)，在有效的工作頻率范圍內(nèi)，發(fā)射換能器和接收換能器的諧振頻率的個數(shù)不少于1個/100KHz。掃頻信號發(fā)生器3選用DDS(Direct Digital Synthesizer，直接數(shù)字式頻率合成器)技術(shù)，本實用新型的測試裝置實驗時選用的掃頻信號發(fā)生器3的掃頻頻率的可調(diào)范圍為：20KHz～5MHz正弦波，頻率增量步長的可調(diào)范圍為：1Hz～10KHz，工作電壓的范圍為：直流5V～9V，偏移量的范圍為：0.5pp～5Vpp，振幅量的范圍為：0.5Vpp～14Vpp，輸出阻抗的范圍為：100～200ohms。數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)4采用市售的數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)，如選用安捷倫的34972A數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)5為數(shù)字信號處理器(DSP)，可選用現(xiàn)有的任意一種數(shù)字信號處理器，數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)5 用于設(shè)定與發(fā)射換能器和接收換能器的諧振頻率相適應(yīng)的掃頻頻率范圍及第一頻率增量步長和第二頻率增量步長、用于存儲數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)4采集的數(shù)據(jù)并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以得到綜合聲波衰減系數(shù)。

利用本實施例提出的一種綜合聲波衰減系數(shù)的測試裝置進(jìn)行綜合聲波衰減系數(shù)測試的過程為：

①取被測介質(zhì)；然后根據(jù)被測介質(zhì)的自身性質(zhì)及被測介質(zhì)的實際工作環(huán)境的頻率范圍，選擇工作頻率范圍相適宜的發(fā)射換能器和接收換能器；并在數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)中設(shè)定與發(fā)射換能器和接收換能器的諧振頻率相適應(yīng)的掃頻頻率范圍及第一頻率增量步長(粗分辨率)和第二頻率增量步長(細(xì)分辨率)，其中，第一頻率增量步長針對發(fā)射換能器和接收換能器的頻率特性變化平緩的情況，第二頻率增量步長針對發(fā)射換能器和接收換能器的頻率特性變化陡峭的情況；接著使被測介質(zhì)的一端與發(fā)射換能器良好接觸，被測介質(zhì)的另一端與接收換能器良好接觸。

在此具體實施例中，步驟①中所取的被測介質(zhì)為用戶提供的測試樣品；或在用戶提供的測試樣品外，根據(jù)測試樣品的實際工作環(huán)境及用戶需求，包裹一層吸聲材料形成，吸聲材料主要用于屏蔽外界的環(huán)境噪聲對測試樣品的干擾。

在此具體實施例中，步驟①中所選的發(fā)射換能器和接收換能器均為成品壓電陶瓷傳感器，發(fā)射換能器和接收換能器的工作頻率范圍盡可能與被測介質(zhì)的實際工作環(huán)境的頻率范圍相適應(yīng)。在有效的工作頻率范圍內(nèi)，發(fā)射換能器和接收換能器的諧振頻率的個數(shù)不少于1個/100KHz。

在此具體實施例中，步驟①中在使被測介質(zhì)的一端與發(fā)射換能器良好接觸，被測介質(zhì)的另一端與接收換能器良好接觸之前，還可在發(fā)射換能器和接收換能器外均包裹一層吸聲材料用于屏蔽外界噪聲干擾。

②令i表示測試次數(shù)，i的初始值為1。

③由掃頻信號發(fā)生器向發(fā)射換能器的輸入端輸入連續(xù)的掃頻信號，該掃頻信號的掃頻頻率為設(shè)定的掃頻頻率范圍的下限值f₀，將該掃頻信號的掃頻頻率定義為當(dāng)前掃頻頻率。

④在發(fā)射換能器接收到掃頻信號的同時由發(fā)射換能器不間斷的發(fā)射超聲波，此時接收換能器處于連續(xù)偵聽狀態(tài)，超聲波經(jīng)被測介質(zhì)后由接收換能器接收。

⑤在接收換能器接收到超聲波的同時，數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)同時采集第i次測試時發(fā)射換能器的輸入電壓、第i次測試時接收換能器的輸出電壓與當(dāng)前掃頻頻率，并由數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)傳輸這些數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)；然后數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)根據(jù)第i次測試時發(fā)射換能器的輸入電壓與第i次測試時接收換能器的輸出電壓，獲得當(dāng)前掃頻頻率下的綜合聲波衰減系數(shù)，記為Zα_rlm,i，其中，Z表示發(fā)射換能器和接收換能器的等效阻抗，α_rlm,i表示第i次測試時被測介質(zhì)的聲波衰減系數(shù)，U_o,i表示第i次測試時接收換能器的輸出電壓，U_f,i表示第i次測試時發(fā)射換能器的輸入電壓。

⑥由數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)判斷當(dāng)前掃頻頻率是否小于設(shè)定的掃頻頻率范圍的上限值f₀'，如果當(dāng)前掃頻頻率小于設(shè)定的掃頻頻率范圍的上限值f₀'，則令i＝i+1，然后由掃頻信號發(fā)生器再次向發(fā)射換能器的輸入端輸入連續(xù)的掃頻信號，該掃頻信號的掃頻頻率為f₀+Δf_i×(i-1)，將該掃頻信號的掃頻頻率作為當(dāng)前掃頻頻率，再返回步驟④繼續(xù)執(zhí)行，其中，i＝i+1中的“＝”為賦值符號，Δf_i表示第i次測試時的頻率增量步長，若第i-1次測試時發(fā)射換能器和接收換能器的頻率特性變化平緩，則將設(shè)定的第一頻率增量步長賦值給Δf_i，若第i-1次測試時發(fā)射換能器和接收換能器的頻率特性變化陡峭，則將設(shè)定的第二頻率增量步長賦值給Δf_i；如果當(dāng)前掃頻頻率大于或等于設(shè)定的掃頻頻率范圍的上限值f₀'，則結(jié)束整個測試過程，最終獲得多個不同掃頻頻率下的綜合聲波衰減系數(shù)。

為進(jìn)一步說明本實用新型的測試裝置的可行性和有效性，進(jìn)行試驗。

選擇一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒作為第一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒，利用本實用新型的測試裝置對第一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行多次測試，測試結(jié)果基本一致。圖2a給出了利用本實用新型的測試裝置對第一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行第1次測試所得的測試結(jié)果，圖2b給出了利用本實用新型的測試裝置對第一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行第2次測試所得的測試結(jié)果。對比圖2a和圖2b可以看出，兩次測試結(jié)果基本一致，圖2c給出了圖2a所示的測試結(jié)果與圖2b所示的測試結(jié)果的差值，從圖2c中可以看出兩者的差值基本呈直線，也就驗證了兩次測試結(jié)果基本一致。

另外選擇一根經(jīng)過塑性變形后的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒作為第二根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒，利用本實 用新型的測試裝置對第二根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行測試，以第一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒的任意一次測試結(jié)果為基準(zhǔn)，與經(jīng)過塑性變形后的第二根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒的任意一次測試結(jié)果進(jìn)行對比。圖3a給出了利用本實用新型的測試裝置對第一根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行測試所得的測試結(jié)果，圖3b給出了利用本實用新型的測試裝置對第二根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒進(jìn)行測試所得的測試結(jié)果，圖3c給出了圖3a所示的測試結(jié)果與圖3b所示的測試結(jié)果的差值，該差值可作為第二根標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒與其應(yīng)用進(jìn)行分析判斷的依據(jù)。利用本實用新型的測試裝置可獲得某一條件下的樣品的測試結(jié)果作為基準(zhǔn)，以該基準(zhǔn)來衡量經(jīng)過一段時間老化、使用等應(yīng)用過程后的樣品的測試結(jié)果，與基準(zhǔn)比較，差異值可作為經(jīng)過一段時間老化、使用等過程后的樣品是否可以繼續(xù)使用的判斷依據(jù)。

上述，圖2a、圖2b和圖3a、圖3b中縱坐標(biāo)的值代表接收換能器的輸出電壓與發(fā)射換能器的輸入電壓的比值，橫坐標(biāo)的值代表掃頻頻率。

圖4給出了發(fā)射換能器與接收換能器組成的收發(fā)系統(tǒng)的等效電路圖。在圖4中，發(fā)射換能器的輸入電壓U_f與接收換能器的受激信號源電壓U_s的物理作用過程如下：電_{發(fā)射端}(U_f)—機_{發(fā)射端}—聲_傳導(dǎo)—機_接收端—電_接收端(U_s)。在這個過程中，影響U_f和U_s相互作用的因素非常復(fù)雜，如受發(fā)射換能器的發(fā)射功率、配對的發(fā)射換能器和接收換能器的頻率特性、超聲波傳播介質(zhì)的衰減特性(介質(zhì)衰減系數(shù)α_k)、被測介質(zhì)對超聲波的反射吸收性質(zhì)、發(fā)射換能器和接收換能器的應(yīng)用方式乃至測試環(huán)境噪聲等諸多因素，都可以影響U_f和U_s的物理作用結(jié)果，為簡化問題的復(fù)雜性，將上述因素統(tǒng)一由綜合聲波衰減函數(shù)α_rlm來反映，使得U_s＝α_rlmU_f成立。通過計算可以證明，成立，其中，Z表示發(fā)射換能器和接收換能器的等效阻抗，

$Z=\frac{\frac{1}{\frac{1}{\frac{Z_L}{1-Z_L{\mathrm{j\ωC}}_{s0}}-j\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{ss}}}+{\Σ}_{k=1}^n\frac{1}{R_{sk}+j({\mathrm{\ωL}}_{sk}-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{sk}})}}}{R_{s0}+\frac{1}{\frac{1}{\frac{Z_L}{1-Z_L{\mathrm{j\ωC}}_{s0}}-j\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{ss}}}+{\Σ}_{k=1}^n\frac{1}{R_{sk}+j({\mathrm{\ωL}}_{sk}-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{sk}})}}}\×\frac{\frac{1}{\frac{1}{R_{f0}}+{\Σ}_{k=1}^n\frac{1}{R_{fk}+j({\mathrm{\ωL}}_{fk}-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{fk}})}}-j\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{fs}}+{\mathrm{j\ωC}}_{f0}}{R_e+\frac{1}{\frac{1}{R_{j0}}+{\Σ}_{k=1}^n\frac{1}{R_{fk}+j({\mathrm{\ωL}}_{fk}-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{jk}})}-j\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{fs}}+{\mathrm{j\ωC}}_{f0}}}$

，Z值的直接測量較為困難，但可用仿真近似計算得出仿真值，該公式中的各個變量參 見圖4，Z_L表示接收換能器負(fù)載，C_s0表示接收換能器靜態(tài)電容，C_ss表示接收換能器部分靜態(tài)電容與受夾電容的等效，R_sk表示第k個接收換能器動態(tài)電阻，L_sk表示第k個接收換能器動態(tài)電感，C_sk表示第k個接收換能器動態(tài)電容，R_s0表示接收換能器受激信號源等效內(nèi)阻即接收換能器的介電損耗電阻，R_f0表示發(fā)射換能器的介電損耗電阻，R_fk表示第k個發(fā)射換能器動態(tài)電阻，L_fk表示第k個發(fā)射換能器動態(tài)電感，C_fk表示第k個發(fā)射換能器動態(tài)電容，C_fs表示發(fā)射換能器部分靜態(tài)電容與部分受夾電容的等效，C_f0表示發(fā)射換能器靜態(tài)電容，R_e表示發(fā)射換能器激勵信號源內(nèi)部阻抗，此外j為虛數(shù)單位，ω為角頻率，α_rlm表示綜合聲波衰減函數(shù)，g_r表示壓電應(yīng)變常數(shù)，d_tl為d_t的轉(zhuǎn)置，d_t表示壓電常數(shù)，α_k表示被測介質(zhì)的聲波衰減函數(shù)，描述為在一定的測試環(huán)境下，發(fā)射換能器的應(yīng)變S_l與接收換能器應(yīng)力T_r之間的關(guān)系：T_r＝α_kS_l，α_k<1，tc_r表示接收換能器的壓電陶瓷片的厚度，tc_l表示發(fā)射換能器的壓電陶瓷片的厚度。