[發(fā)明專(zhuān)利]一種便攜式超聲聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910249620.8
• 申請(qǐng)日: 2009-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102095485A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊平;祝海江;何龍標(biāo);朱巖;邊文萍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01H3/00
• 分類(lèi)號(hào): G01H3/00;G01H3/14
• 代理公司: 北京思創(chuàng)畢升專(zhuān)利事務(wù)所 11218
• 代理人: 劉明華

1.一種便攜式超聲聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，

所述測(cè)量系統(tǒng)包括超聲信號(hào)接收探測(cè)模塊，超聲信號(hào)處理模塊和超聲信號(hào)參數(shù)計(jì)算和輸出顯示模塊；

所述超聲信號(hào)接收探測(cè)模塊包括超聲換能器、待測(cè)聲場(chǎng)和測(cè)量信號(hào)裝置；所述超聲信號(hào)接收探測(cè)模塊探測(cè)待測(cè)超聲設(shè)備的聲壓信號(hào)；

所述超聲信號(hào)處理模塊將探測(cè)到的超聲設(shè)備的聲壓信號(hào)進(jìn)行匹配、自適應(yīng)程控增益、調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換等處理；

所述超聲信號(hào)參數(shù)計(jì)算和輸出顯示模塊將處理后的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、讀取、抽樣和計(jì)算峰值負(fù)聲壓、聲功率、聲強(qiáng)聲場(chǎng)參數(shù)，繪制采集波形并顯示計(jì)算結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式超聲聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，

所述超聲信號(hào)接收探測(cè)模塊中所述測(cè)量信號(hào)裝置為水聽(tīng)器；所述待測(cè)聲場(chǎng)采用消聲水槽；

所述消聲水槽的上下底部分別設(shè)置一個(gè)入水口和出水口，且在所述消聲水槽的左右側(cè)壁分別開(kāi)設(shè)一個(gè)圓孔，其中左邊孔為聲窗，右邊為水聽(tīng)器安裝孔，分別放置所述待測(cè)超聲儀器的換能器和所述水聽(tīng)器；測(cè)量時(shí)，將所述消聲水槽中注入純凈水。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種便攜式超聲聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，

所述超聲信號(hào)接收探測(cè)模塊中還包括能量衰減裝置，所述能量衰減裝置為衰減片；根據(jù)超聲聲場(chǎng)能量的大小選擇不同的衰減片，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同功率等級(jí)的連續(xù)波聲源和脈沖波聲源的實(shí)現(xiàn)測(cè)量；所述衰減片設(shè)置在所述待測(cè)聲場(chǎng)中。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種便攜式超聲聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，

所述消聲水槽為四邊形水槽；在所述消聲水槽的四周壁上及頂、底部鋪設(shè)消聲材料，所述消聲材料選用高頻的吸聲橡膠；所述超聲換能器設(shè)置在消聲水槽左側(cè)的柔性聲窗內(nèi)；且所述消聲水槽中填充為純凈水；所述衰減片可自由拆卸并縱向設(shè)置在所述消聲水槽中；所述衰減片在1MHz～10MHz頻率范圍內(nèi)的聲壓衰減倍數(shù)需要精確的測(cè)量；所述衰減片尺寸為20cm×20cm，厚度為1cm，安裝在水槽內(nèi)壁的導(dǎo)向定位槽內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式超聲聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，

所述超聲信號(hào)處理模塊包括阻抗匹配電路單元、程控增益電路單元、信號(hào)調(diào)理電路單元、A/D轉(zhuǎn)換電路單元；

所述阻抗匹配電路單元用于將從所述水聽(tīng)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行匹配，后傳遞到下一級(jí)電路；

所述程控增益電路單元針對(duì)被測(cè)超聲換能器動(dòng)態(tài)范圍較寬，測(cè)量時(shí)需要將水聽(tīng)器輸出的原始信號(hào)放大到適當(dāng)?shù)碾妷悍秶?，以保證A/D轉(zhuǎn)換和后續(xù)計(jì)算的精度；

所述信號(hào)調(diào)理電路單元用于對(duì)水聽(tīng)器獲得的電信號(hào)進(jìn)行濾波等處理，從而提高信號(hào)采集系統(tǒng)的性能與精度；

所述A/D轉(zhuǎn)換電路單元用于對(duì)經(jīng)過(guò)調(diào)理后的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式超聲聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，

所述超聲信號(hào)參數(shù)計(jì)算和輸出顯示模塊，是基于FPGA的硬件峰值抽樣及總線控制電路；所述基于FPGA的峰值抽樣電路，用于將采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行硬件抽樣，并通過(guò)ISA總線上傳至處理器中，然后將波形以及計(jì)算得到的參數(shù)顯示；即該模塊通過(guò)FPGA的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和抽樣，對(duì)超聲設(shè)備聲場(chǎng)參數(shù)的計(jì)算并顯示。

7.如權(quán)利要求1-6之一所述的系統(tǒng)進(jìn)行超聲聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量方法，其特征在于，所述測(cè)量方法包括如下步驟，

A.設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)：搭建系統(tǒng)中超聲信號(hào)接收探測(cè)模塊，超聲信號(hào)處理模塊和超聲信號(hào)參數(shù)計(jì)算和輸出顯示模塊；

B.啟動(dòng)系統(tǒng)；

C.判斷聲源類(lèi)型：根據(jù)外面待測(cè)超聲儀器的不同，選擇聲源類(lèi)型：連續(xù)波聲源還是脈沖波聲源；

D.利用采集的波形，實(shí)測(cè)超聲源聲波的頻率；

E.選擇水聽(tīng)器類(lèi)型，并載入所述水聽(tīng)器的靈敏度文件；

F.采集并顯示水聽(tīng)器采集的信號(hào)，將隨機(jī)采集的波形進(jìn)行相位固定處理，并根據(jù)采集波形自適應(yīng)調(diào)整采樣時(shí)間和采樣率；

G.將采集并固定相位后的波形進(jìn)行自適應(yīng)增益調(diào)整，手動(dòng)調(diào)整超聲換能器的角度和位置使得采集的波形最高，并將顯示波形的最大值調(diào)整到高于顯示屏的70％后，記錄當(dāng)前增益值和波形量化值；利用上述參數(shù)及水聽(tīng)器的靈敏度文件，計(jì)算出待測(cè)超聲聲場(chǎng)的部分重要參數(shù)，如平均功率、峰值負(fù)聲壓、聲強(qiáng)等。

H.將計(jì)算的結(jié)果輸出；

I.結(jié)束。

8.如權(quán)利要求7所述的超聲聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量方法，其特征在于，

步驟G中的峰值負(fù)聲壓根據(jù)水聽(tīng)器接收到的信號(hào)，根據(jù)水聽(tīng)器的靈敏度計(jì)算所得

所述峰值負(fù)聲壓：P_-＝U/M

功率、輸出波束聲強(qiáng)等計(jì)算公式參照IEC?62127-1

功率：P=∫∫slTA(x,y)dxdy]]>

空間峰值時(shí)間平均聲強(qiáng)：lspta=ppsiρcprr.]]>