[發明專利]校驗超聲水浸壓電探頭的方法及裝置

有效

• 申請號: 201811068765.3
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109270172B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 張書增;李雄兵;呂鐸;宋永鋒
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N29/30
• 分類號: G01N29/30
• 代理公司: 長沙智德知識產權代理事務所(普通合伙) 43207
• 代理人: 彭鳳琴

1.一種校驗超聲水浸壓電探頭的方法，其特征在于，包括：

連接脈沖發生器和具有固定阻抗的外接電阻，測量輸入的電流信號；

分離所述脈沖發生器和所述外接電阻，連接脈沖發生器和探頭，測量流經探頭的輸出電流信號；

獲取聲傳播函數、聲輻射阻抗、外接電阻的阻值和脈沖發生器的阻值；

將外界電阻、脈沖發生器的阻值和乘以輸出電流信號得到第一乘積，將輸入的電流信號、聲傳播函數和聲輻射阻抗三者相乘得到第二乘積，將第一乘積除以第二乘積后開根號，得到所述探頭的靈敏度。

2.如權利要求1所述的校驗超聲水浸壓電探頭的方法，其特征在于，所述獲取聲傳播函數的步驟包括：

獲取超聲波由探頭傳至反射體并被反射至探頭間的距離、探頭的有效半徑和探頭的有效焦距；

通過以下公式來計算聲傳播函數：

式中，t_a(z,ω)為不同距離下頻域下的聲傳播函數，R₁₂表示水-反射體界面的反射系數，k表示水中波數，z表示為超聲波由探頭傳至反射體并被反射至探頭間的距離，α_f為衰減系數，a表示探頭的有效半徑，D_R為瑞利距離，A和B表示為25組高斯系數；

當探頭為平面探頭時，存在以下關系：

B_xm＝B_m，B_ym＝B_m，B_xl＝B_l，B_yl＝B_l；

當探頭為線聚焦探頭時，存在以下關系：

B_ym＝B_m，B_yl＝B_l；

當探頭為點聚焦探頭時，存在以下關系：

以上關系式中，f_L為探頭的有效焦距。

3.如權利要求2所述的校驗超聲水浸壓電探頭的方法，其特征在于，所述探頭的有效半徑和探頭的有效焦距的獲取步驟包括：

在不同檢測距離下采集輸出電流，并查找所述輸出電流的最大幅值，其中，所述檢測距離為超聲波由探頭傳至反射體并被反射至探頭間的距離；

通過快速傅里葉變換得到所述輸出電流的頻譜特性；

采用所述公式，通過假設不同的半徑和焦距計算該檢測距離下的聲傳播函數；

通過對所述頻譜特性和所述聲傳播函數進行卷積，得到該檢測距離下探頭的頻域信號；

利用逆傅里葉變換獲得各距離的時域信號，并計算所述時域信號的最大幅值；

將不同距離下的理論預測值和實驗測量結果進行最小二乘擬合，并比對兩者擬合后的曲線，其中，所述理論預測值為所述時域信號的最大幅值，所述實際測量結果為所述輸出電流的最大幅值；

當在預設范圍內兩者所對應的擬合曲線匹配時，對應假設的半徑為所述探頭的有效半徑，對應假設的焦距為所述探頭的有效焦距。

4.如權利要求3所述的校驗超聲水浸壓電探頭的方法，其特征在于，當探頭為聚焦探頭時，所述預設范圍為擬合后曲線的最大值前后的數值。

5.如權利要求1-4任一項所述的校驗超聲水浸壓電探頭的方法，其特征在于，所述聲輻射阻抗為水的密度、水中的聲速以及探頭的有效面積的乘積。

6.如權利要求1-4任一項所述的校驗超聲水浸壓電探頭的方法，其特征在于，所述外接電阻的阻值和所述脈沖發生器的阻值相等。

7.如權利要求6所述的校驗超聲水浸壓電探頭的方法，其特征在于，所述外接電阻的阻值和所述脈沖發生器的阻值均為50Ω。

8.一種校驗超聲水浸壓電探頭的裝置，其特征在于，包括：

外接電阻接入模塊，用于連接脈沖發生器和具有固定阻抗的外接電阻，測量輸入的電流信號；

探頭接入模塊，用于分離所述脈沖發生器和所述外接電阻，連接脈沖發生器和探頭，測量流經探頭的輸出電流信號；

參數獲取模塊，用于獲取聲傳播函數、聲輻射阻抗、外接電阻的阻值和脈沖發生器的阻值；

探頭靈敏度測量模塊，用于將外界電阻、脈沖發生器的阻值和乘以輸出電流信號得到第一乘積，將輸入的電流信號、聲傳播函數和聲輻射阻抗三者相乘得到第二乘積，將第一乘積除以第二乘積后開根號，得到所述探頭的靈敏度。