[實用新型]一種超聲材料反射和透射系數(shù)激光測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320520092.7
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN203414165U
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 王月兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01N29/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于聲學測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超聲材料反射和透射系數(shù)激光測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在工業(yè)和醫(yī)療超聲設備研制過程及科研活動中，需要使用不同的聲學無源材料來實現(xiàn)聲波的透射、反射或吸收功能。除了密度、聲速、硬度等物理參數(shù)外，對聲學設備性能有較大影響的參數(shù)主要是材料的反射和透射系數(shù)，因此必須對其進行準確的測量。

一直以來，對材料反射和透射系數(shù)等聲學參量的測量都是通過使用聲學傳感器（水聽器）進行的。測量時，需要把水聽器放置在待測聲場中，首先測量出發(fā)射換能器所產(chǎn)生的輻射聲壓量值，而后將測試樣品放置在已知聲場中，利用水聽器測量出樣品的反射聲壓幅度和透射聲壓幅度，便可計算出材料的反射系數(shù)和透射系數(shù)參量。

由于水聽器具有一定的空間尺寸，放置在聲場中會對入射聲波產(chǎn)生衍射作用，特別是當水聽器與測試樣品之間的距離較近時，會引起聲波在二者間的多次反射，嚴重影響了對反射信號和透射信號的準確測量。而隨著測量頻率的升高，水聽器所產(chǎn)生的衍射影響會不斷增加，因此，使用水聽器進行超聲材料聲學特性的測量具有不可避免的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型致力于克服使用水聽器進行材料聲學特性測量所固有的缺點，通過應用激光測振技術(shù)所具有的非接觸性特點，消除使用水聽器測量時對聲場的干擾作用；同時，在本實用新型中利用聚焦換能器所產(chǎn)生的高強度平面聲波以及激光測量時對平面聲波的空間積分效應，提高測量的信噪比，增強了對各類聲學材料的測量能力。

本實用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：

本實用新型包括函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、機械定位機構(gòu)、數(shù)字示波器、前置放大器、?激光測振儀、聚焦換能器、反射鏡、吸聲材料、水池和測試支架。

測試支架放置在水池中，測試支架上放置有測試樣品，在測試支架的下方放置吸聲材料，安裝在機械定位機構(gòu)上的聚焦換能器正對測試樣品設置。

函數(shù)發(fā)生器的信號輸入至功率放大器，經(jīng)放大后驅(qū)動聚焦換能器向水介質(zhì)中輻射脈沖聲波。

激光測振儀放置在水池之外，激光測振儀發(fā)出的平行于測試樣品上表面的激光束通過安置在水池側(cè)壁上的透鏡入射到水介質(zhì)中，并經(jīng)過反射鏡反射回激光測振儀，激光測振儀的輸出信號經(jīng)過前置放大器后輸入到數(shù)字示波器，以獲得所需測量的信號幅度量值。

所述激光測振儀分別測量出聚焦換能器在焦平面上聲壓振幅沿焦域直徑方向的積分量值、聚焦波束經(jīng)測試樣品后所產(chǎn)生的反射聲壓振幅沿焦域直徑方向的積分量值、聚焦波束經(jīng)測試樣品后所產(chǎn)生的透射聲壓振幅沿焦域直徑方向的積分量值，利用上述三個積分量值完成測試樣品反射和透射系數(shù)的計算。

本實用新型的有益效果：

利用激光測振法具有的非接觸測量的特點進行換能器聲場特性參數(shù)的測量，克服了使用水聽器測量時對聲場的干擾作用。

使用聚焦換能器所產(chǎn)生的高強度聚焦平面波束進行檢測，增加了測量的信噪比，提高了對聲學材料的測量能力。

利用激光測振儀所測量出的聲壓積分量值進行反射系數(shù)和透射系數(shù)計算，克服了樣品制作不均勻所產(chǎn)生的測量誤差。

附圖說明

圖1為超聲材料反射和透射系數(shù)激光法測量原理框圖。

圖2為樣品測量支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為激光法聚焦換能器聲場聲壓測量原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。

本實用新型提出了利用激光測振技術(shù)對材料聲學特性進行非侵入式測量的技術(shù)方案，通過使用激光測振儀測量聚焦換能器在焦平面上的輻射聲壓、以及測量樣品在相同的聲場條件下所產(chǎn)生的反射和透射聲壓，可準確地計算出材料的反射系數(shù)和透射損失，克服使用水聽器進行材料聲學參數(shù)測量時所固有的缺點。

如圖1和圖2所示，本實用新型主要由下列儀器設備所構(gòu)成的測量系統(tǒng)實現(xiàn)：聚焦換能器7、函數(shù)發(fā)生器1、功率放大器2、機械定位機構(gòu)3、激光測振儀6、前置放大器5、數(shù)字示波器4、水池11、反射鏡8、測試支架12和吸聲材料10等。

所述的聚焦換能器采用球型陶瓷元件制備而成，聲波經(jīng)過球型元件的內(nèi)表面輻射后，在其焦域中匯集形成聚焦聲波，波陣面將呈現(xiàn)出平面形式、聲壓幅度按高斯函數(shù)形式分布。

所述的函數(shù)發(fā)生器為通用電子儀表設備，可輸出測量所需要的填充脈沖波信號、信號的頻率、波數(shù)、脈沖周期、信號幅度等參量可以根據(jù)測量的要求進行調(diào)節(jié)。