實驗名稱：基于水聽器法的超聲換能器聲場特性校準技術(shù)的研究

研究方向：超聲換能器

測試目的：

超聲無損檢測是無損檢測領域重要的技術(shù)之一，而換能器作為超聲檢測中的關鍵部件，廣泛應用于工業(yè)檢測和醫(yī)用超聲成像領域。其性能好壞直接關系到超聲應用技術(shù)的效果和使用范圍，特別是聲場特性參數(shù)，對超聲無損檢測的檢測范圍、缺陷檢出率和缺陷評價準確性都有很大的影響，實現(xiàn)對超聲換能器的聲場特性參數(shù)準確測量進行深入研究是十分有價值的。

在計量領域中，依據(jù)JJF1294-2011《超聲探傷儀換能器校準規(guī)范》、JJF1650-2017《超聲探傷儀換能器聲場特性校準規(guī)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(nèi)部發(fā)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(shù)；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(shù)，水聽器法作為目前超聲聲場中聲壓測量的推薦法則，其優(yōu)點是測量結(jié)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(shù)校準的標準。

文中主要針對基于水聽器法超聲換能器聲場特性參數(shù)校準進行研究，包括超聲換能器聲場特性校準裝置的設備組成和技術(shù)指標、聲場特性參數(shù)(包括焦距焦區(qū)尺寸、聲束擴散角等參數(shù))校準方法；進行聲場特性參數(shù)的實驗測量，并進一步討論實驗數(shù)據(jù)。

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

實驗過程：

圖：超聲換能器聲場特性校準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

超聲換能器聲場特性校準系統(tǒng)主要由超聲聲場掃描定位裝置、超聲脈沖激勵裝置、信號采集裝置，其校準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如上圖所示。

一、標準水聽器和被測超聲換能器的安裝

由于水聽器針尖的薄膜非常脆弱，因此使用水聽器探頭時一定不能用于或其他物體觸碰針尖，使用蒸餡水輕輕清洗即可；

將標準水聽器安裝固定于電動五自由度運動機構(gòu)的夾持支架上，并注意水聽器的連接線，不要纏繞在運動機構(gòu)上；

將被測超聲換能器安裝固定于手動五自由度運動機構(gòu)的夾持支架上，并注意被測超聲探頭的連接線，不要纏繞在運動機構(gòu)上；

標準水聽器和被測超聲換能器安裝固定后，可分別通過驅(qū)動手動五自由度運動機構(gòu)、電動五自由度運動機構(gòu)調(diào)節(jié)被測超聲換能器、標準水聽器的位置和安態(tài)。請盡量保持被測超聲探頭表面與水聽器垂直，使被測超聲探頭和標準水聽器的軸線位于水槽中心的回一直線上。

二、系統(tǒng)的連接調(diào)試

將被測超聲換能器連接功率放大器和信號發(fā)生器，設置信號發(fā)生器工作頻率為被測換能器的標稱頻率2.25MHz，并置于猝發(fā)音輸出模式，脈沖激勵波形周期數(shù)設置為10個，使得水聽器輸出達到穩(wěn)態(tài)為準。

將標準水聽器連接放大器和示波器，通過電動五自由度運動機構(gòu)帶動水聽器以步進距離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(shù)。

實驗結(jié)果：

圖：聚焦超聲換能器聲場特性參數(shù)測量結(jié)果

通過對比實際測量結(jié)果和理論結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實際測量的聲場與仿真結(jié)果基本吻合，聲場特性參數(shù)測量結(jié)果在合理的范圍內(nèi)。證明系統(tǒng)可以測量聚焦換能器聲場，并且測量結(jié)果比較準確。

安泰ATA-8202射頻功率放大器：

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