[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

本發明公開了一種校驗超聲水浸壓電探頭的方法及裝置，該方法包括：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。本發明提出的技術方案只需測量電流信號即可測得探頭靈敏度，簡化了實驗流程，并解決常規電路中“阻抗不匹配”的難題。

技術領域

本發明涉及超聲水浸壓電探頭技術領域，尤其涉及一種校驗超聲水浸壓電探頭的方法及裝置。

背景技術

諸如平面、點聚焦和線聚焦等超聲水浸壓電探頭廣泛應用于超聲無損檢測領域。超聲探頭在檢測過程中起著傳播和接收超聲波信號，轉換聲波信號和電信號的作用。探頭的靈敏度是描述探頭轉換聲電能力和評價探頭帶寬的一個重要參數。因此，測量探頭靈敏度是評判超聲探頭一致性、評價檢測系統檢測能力的一個重要環節。

當前存在多種校驗超聲探頭靈敏度的方法，如利用激光干涉儀測量探頭輻射聲場的聲震動幅值位移，計算探頭的靈敏度；或者利用水聽器測量超聲探頭中心軸線上遠場的聲壓，根據聲壓情況反求探頭靈敏度。但是上述兩種方法需要昂貴的儀器，而且需要提前對該昂貴儀器進行校驗，即探頭靈敏度的測量依賴于先前的校驗結果。

互易理論僅需要使用超聲相關檢測裝置，無需使用其它昂貴設備，因此該方法已被廣泛應用于超聲探頭靈敏度的測量。典型的互易校驗方法需要使用三個相同的超聲探頭，利用不同探頭組合進行三組測量實驗，最終得到一個探頭的靈敏度。與此相比，自互易校驗方法僅需要一個被校驗的探頭，無需考慮雙探頭的對正要求，因此該方法在實施過程中更具有優勢。

常用的自互易校驗方法需要測量流入和流出探頭的電流和電壓，但研究顯示，由于在脈沖反射電路中信號發生器/線纜/探頭之間阻抗不匹配的原因，流入和流出探頭的電信號之間將相互疊加使得信號失真。該信號的失真將導致探頭靈敏度測量結果出現誤差，因此實際校驗中必須消除該信號失真特性。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種校驗超聲水浸壓電探頭的方法及裝置，其簡化了現有的脈沖反射法實驗流程，可消除電路阻抗不匹配帶來的誤差。

為實現上述目的，本發明提供的一種校驗超聲水浸壓電探頭的方法，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。

優選地，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；