[發明專利]一種測量空氣耦合超聲探頭靈敏度的裝置及方法

有效

• 申請號: 201911253211.5
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110967408B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 張書增;戴昭杰;李雄兵;張廣棟
• 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: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種測量空氣耦合超聲探頭靈敏度的方法，其特征在于，采用一種測量空氣耦合超聲探頭靈敏度的裝置，包括靈敏度測量裝置，所述的靈敏度測量裝置包括信號發生裝置、接觸式換能器、固體試樣、空氣耦合換能裝置和接收器，所述的接觸式換能器設置于所述的固體試樣的一側且直接接觸固體試樣，并由所述的信號發生裝置驅動產生聲波，所述的空氣耦合換能裝置設置于固體試樣的相對另一側且與固體試樣之間留有間隙，并接收由固體試樣經過空氣傳來的聲波，接收器接收空氣耦合換能裝置采集的聲波信號數據并處理；

所述的靈敏度測量裝置為相對靈敏度測量裝置，其中所述的信號發生裝置為脈沖發生/接收器，所述的脈沖發生/接收器產生寬頻帶脈沖信號并發送至所述的接觸式換能器，接觸式換能器設置于所述的固體試樣的一側且直接接觸固體試樣；所述的空氣耦合換能裝置包括空氣耦合換能器、電流探針和放大器，所述的空氣耦合換能器設置于固體試樣的相對另一側且與固體試樣之間留有間隙，空氣耦合換能器的輸出端依次經電流探針和放大器連接至接收器；

包括以下步驟：

測量空氣耦合換能器的相對靈敏度，接觸式換能器由脈沖信號激發，將聲波發射到固體試塊中，聲波通過固體—空氣界面傳輸到空氣中，并被位于試塊另一側的空氣耦合換能器接收，空氣耦合換能器所接收的是時域信號，再通過快速傅里葉變換在頻域中計算頻率相關靈敏度S_vI(ω)：

其中，v_T(ω)為換能器輸出粒子的速度，I_in(ω)為換能器輸入端電流，ω表示頻率；

則換能器輸出電流為：

其中參數的上標A代表該參數是作為發射端的接觸換能器相應的參數，上標B代表該參數是作為接收端的空氣換能器相應的參數，Z_L(ω)為外接端電阻值，Z_T(ω)為輻射阻抗，是考慮波從發射端到接收端受位移透射系數T₁₂、衰減M和衍射D影響下的聲學傳遞函數，表示為：

其中

M(z₁,z₂,α₁,α₂,ω)＝exp[-α₁(ω)z₁-α₂(ω)z₂]

其中參數的下標1代表該參數是固體中相應的系數，下標2代表該參數是空氣中相應的系數，z表示波的傳播距離，ρ和c為密度和聲速，α表示頻率相關的衰減系數，D_R＝k(a^A)²/2是帶有波數的瑞利距離，其中波數k＝ω/c₁，a是換能器的半徑，A_m，B_m,A_l和B_l表示相應的高斯系數。