[發明專利]一種脈沖超聲聲場檢測裝置與方法

有效

• 申請號: 201710657110.9
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107356320B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 賈樂成;陳世利;白志亮;曾周末
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 李林娟<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種脈沖超聲聲場檢測裝置與方法，包括：調節光電探測器與第三凸透鏡之間的距離，使各級衍射光均聚焦在光電探測器；調節遮光板將零級光和負一級衍射光擋住，使正一級衍射光進入光電探測器，將光脈沖幅值最大值記為正一級衍射光光強，與總光強I之比滿足第一類1階貝塞爾函數；將示波器的時間尺度調小，衍射光脈沖信號內包含有強度調制信號，調制頻率與超聲頻率相同。根據調制信號的波形計算出此處的相位信息；獲取位移平臺移動方向上超聲聲場的聲壓與相位分布；利用步進電機將超聲探頭旋轉一定角度，得到不同旋轉方向上超聲聲場的聲壓與相位分布；將不同角度檢測數據進行組合，即得到該平面內超聲聲場的聲壓與相位分布。

技術領域

本發明涉及超聲檢測領域，尤其涉及一種脈沖超聲聲場檢測裝置與方法。

背景技術

超聲檢測技術是目前廣泛應用于醫療、工業無損檢測、水下成像等領域，為保證檢測效果的準確性，需在使用前對探頭所激發的聲場進行檢測，因此，能夠定量得到探頭聲場的聲壓及相位分布顯得尤為重要。

根據超聲激勵信號的不同，可將超聲分為由連續信號激發的連續超聲和由周期脈沖信號激發的脈沖超聲。目前超聲聲場檢測方法主要有以下幾種：

1、水聽器法：水聽器探頭由壓電材料制成，可將聲壓信號轉換為電信號。將該信號通過電壓或電荷放大器放大后，可得到反應聲波波形的圖像，完成聲場中聲壓的測量。

2、輻射力天平法：將連續聲波打在靶上，測定靶上所受輻射力，通過比例成常數計算聲功率。

3、紋影法：當聲波在介質中傳播時，聲壓改變了介質密度，從而使介質的折射率發生變化，紋影法就是利用介質中光折射率變化反映的密度分布來記錄聲場。

4、脈沖回波法：利用超聲探頭的互易性，使用標準試塊來對超聲探頭聲場進行測試。

發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足：

1)水聽器法：水聽器本身有一定的體積，在測量聲場時會對聲場造成干擾。在對不同的探頭進行測量時，需要根據探頭的頻率、形狀等選擇不同的水聽器，適用范圍較窄。

2)輻射力天平法：通過輻射力天平法只能得到聲功率值，無法得到探頭的聲場分布，并且輻射力天平法只能適用于形狀規則的超聲探頭發射連續超聲的測量，無法測量脈沖超聲聲場。

3)紋影法：通過紋影法可以得到直觀的聲場分布，但無法對聲場的聲壓及相位進行定量測量。

4)超聲回波法主要應用于評價超聲探頭性能，無法對聲場進行定量測量，引入標準試塊同樣會對聲場造成干擾。

發明內容

本發明提供了一種脈沖超聲聲場檢測裝置與方法，本發明采用非侵入式檢測，不會對聲場造成干擾，可以快速得到超聲探頭的二維聲場聲壓及相位分布，詳見下文描述：

一種脈沖超聲聲場檢測裝置，所述檢測裝置包括：

信號發生器用于產生超聲激勵信號，當激勵信號為周期脈沖時，超聲探頭輸出脈沖超聲；功率放大器用于將激勵信號放大，驅動超聲探頭在水槽中產生脈沖聲場；

He-Ne激光器、第一凸透鏡、第二凸透鏡、水槽、遮光板、以及反光鏡均位于同一水平線，激光經過水槽后會被脈沖聲場形成的超聲光柵衍射，調節遮光板，將零級衍射光和負一級衍射光遮擋，只允許正一級衍射光通過；

正一級衍射光經反光鏡反射后，通過第三凸透鏡聚焦在光電探測器上，光電探測器輸出信號由示波器讀取。

其中，所述檢測裝置還包括：步進電機和位移平臺，

所述超聲探頭固定在步進電機上，步進電機固定在位移平臺，使超聲探頭在垂直于激光方向上平移、并沿聲束所在軸線旋轉。