[實用新型]一種超聲水沖印壓測量材料粘彈性的裝置

有效

• 申請號: 201420086814.7
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN203824962U
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 居冰峰;孫安玉;杜慧林;蔣杭君
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/22
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本實用新型涉及超聲檢測技術領域，特別涉及一種超聲水沖印壓測量材料粘彈性的裝置及方法。

背景技術

目前在材料粘彈性定征領域，大部分測量手段都是采用印壓、拉伸、應壓、扭轉等傳統力學手段。著名的INSTRON電子萬能材料試驗機即是采用印壓方法，通過測量載荷與應變的變化關系確定材料的力學特性，但其無法確定材料的應力松弛、滯后等粘彈性特征。在醫學領域，使用流變儀可以通過加載動態（正弦）和靜態載荷確定組織樣本的形變，從而確定剪切模量、滯后等力學特性，但其樣本的大小受限。

在超聲材料定征方面，王叢知在專利201210568367.4中提出一種生物組織粘彈性測量方法，通過在組織表面施加驅動激勵形成振蕩，并在組織內部產生剪切波，通過測量超聲回波分析剪切波成分可以得到組織的剪切彈性模量和粘性系數。

目前，針對人體組織超聲定征的研究集中在彈性成像方面，但彈性成像的分析具有一些聲速標定的缺陷，絕大多數技術采用的是平均聲速，即不同的組織間采用相同的聲速，這對于形變的分析是非常不利的。而超聲材料定征技術則集中在楊氏模量、剪切模量等靜態量的分析與測量。通過一種技術既能解決材料楊氏模量、剪切模量等參數的測定，又能分析其應力松弛、蠕變、滯后等動態特性，對于工程分析、醫學診斷都極具價值。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種超聲水沖印壓測量材料粘彈性裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下：

一種超聲水沖印壓測量材料粘彈性的裝置，包括Z軸運動及控制裝置、水流泵送及水壓控制裝置、超聲發射與接收裝置、超聲信號采集裝置、負載測量裝置、計算機；

Z軸運動及控制裝置包括運動控制器、光柵尺讀數頭、Z軸運動平臺、光柵尺；Z軸運動平臺的不動側安裝有光柵尺，光柵尺讀數頭安裝在平臺運動側，光柵尺讀數頭的信號線纜連接到運動控制器上；運動控制器通過USB線纜與計算機相連；計算機內安裝有數據處理軟件，計算機中的數據處理軟件通過編程接口獲取光柵尺讀數頭的計數編碼；Z軸運動平臺負載面安裝有轉接板，轉接板用于安裝噴水容器；所述的Z軸運動平臺安裝在運動平臺基座上；

水流泵送及水壓控制裝置包括水槽、水泵、比例壓力閥、噴水容器、電液比例閥控制器、壓力變送器、第一信號調理放大器及便攜式數據采集模塊；水泵的輸入端通過軟管與水槽的側壁開口相連接，水泵的泵出端通過軟管連接到比例壓力閥的輸入端；比例壓力閥的輸出端通過軟管連接到噴水容器的入口，比例壓力閥的控制端通過線纜連接到電液比例閥控制器；壓力變送器的傳感器接口安裝在噴水容器上，壓力變送器的信號輸出端經線纜連接到第一信號調理放大器的輸入端，第一信號調理放大器的輸出端連接到便攜式數據采集模塊的一個輸入通道，便攜式數據采集模塊的輸出通道通過USB接口與計算機相連，計算機獲取噴水容器內的水壓值；

超聲發射與接收裝置包括點聚焦超聲探頭和超聲發射/接收器；超聲信號采集裝置包括一個模數轉換器；點聚焦超聲探頭密封安裝在噴水容器內，點聚焦超聲探頭的軸向與噴嘴方向重合；噴水容器通過夾具安裝在Z軸運動平臺負載面的轉接板上，Z軸運動平臺上下運動時帶動噴嘴容器及點聚焦超聲探頭同步運動；點聚焦超聲探頭的接線端與超聲發射/接收器相連；經超聲發射/接收器調理后的信號輸入至模數轉換器，模數轉換器經PCI總線接入計算機，計算機獲取超聲回波的數字信號；

負載測量裝置包括待測材料安裝平臺、基座、負載傳感器、第二信號調理放大器；基座安裝在水槽的底板上，負載傳感器固定在基座的上表面，待測材料安裝平臺放置在負載傳感器的測試面上，待測材料則固定在待測材料安裝平臺上；負載傳感器的接線端經線纜與第二信號調理放大器相連，經第二信號調理放大器調理放大的負載信號進入便攜式數據采集模塊的另一個輸入通道，計算機獲取負載數字信號。

所述的Z軸運動平臺采用直線電機運動平臺或步進電機加滾珠絲杠運動平臺。

所述的點聚焦超聲探頭與噴水容器需滿足如下要求：

設點聚焦超聲探頭的焦距為f，超聲波振面開角為α，則f即為點聚焦超聲探頭的聲透鏡輸出面頂部到焦平面的距離；噴嘴開口位置與點聚焦超聲探頭的聲透鏡輸出面頂部之間的距離為f/2；噴嘴的開口大小w限制為：w＞f×tanα，且w＞2f×sinα。