[发明专利]一种液浸高频超声换能器声场测量方法

说明书

一、技术领域

本发明提供的是一种新的测量无损检测用高频超声换能器声束横向分布的反射式方法。

二、技术背景

高频超声换能器广泛应用于超声无损检测领域，为了提高缺陷的检测精度，对于超声换能器声场分布的分析方法有更高的要求。几十年来也提出来很多分析测量方法，如微换能器法，钢球发射法，光弹成像等等。但是这些方法并不能满足所有的需求，不是因为这些系统过于复杂昂贵就是因为测量精度较差。如今水听器被公认为一种测量声场的标准型方法，但是水听器测量也存在很多问题，首先水听器最大的缺点是其角度敏感性，由于其敏感元件的方向性使得大部分水听器都对方向有很高要求，如果测量非轴向声场分布时受水听器角度影响更大。其次，水听器的高频响应(15MHz以上)通常依赖于敏感元件的几何尺寸，而且水听器表面会产生微小气泡影响测量精度。第三，水听器不仅价格昂贵而且由于其敏感元件比较薄脆(尤其PVDF材质)，保存和使用时必须非常小心。直边反射法在大部分情况下可以替代水听器实现声束测量，值得说明的是，对于超高频换能器(50MHz以上)，由于频率响应的限制可用的水听器很少；而直边反射法从理论上分析，其响应只依赖于发射换能器频率响应特性，只需要制做边缘刃性更高的直边试块，便可以实现超高频换能器的声束尺寸测量。

三、发明内容

本发明的目的是为了提供一种新的方法测量高频换能器声场的分布。不同于点反射或线反射，本发明利用实验测定的刃边分布的线响应函数以及阿贝尔逆变换来确定超声换能器横向声束分布情况。该方法基本过程是利用超声扫描系统带动超声换能器垂直于声束轴扫描一个试块刃边，从而获得该刃边的超声图像以及进一步得到其线响应函数。然后利用阿贝尔逆变换计算出横向声束分布。

四、附图说明

图1是理想声线阶跃边反射模型；

图2是有限宽度声束阶跃边反射模型；

图3是二维分布于线响应的关系；

图4是边缘分布测量实验设置；

五、具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：

结合图1，所示为如果换能器的声束无限窄，理想情况为一条声线，则该声线在一个阶跃直边上的垂直扫描反射响应也为一个阶跃响应u(x)；

结合图2，所示为实际超声换能器的发射声束为有限宽度声束，其在一个阶跃直边上的垂直扫描反射响应并不是一个阶跃响应而是斜边分布，记作边缘响应e(x)。由于声束的横截面是一个二维非均匀分布，在远场区声束截面中心声压最大，随着离轴距离增加而迅速衰减，这个特点就造成了边缘响应曲线在其过渡区呈现不同的斜率特性，这个斜率特性直接反应了声束分布特性。

边缘响应的斜率特性，在此称作线响应l(x)，边缘响应与线响应的数学关系为：

e(x)=∫-∞xl(x)dx---(1)]]>

可以记作如下形式：

l(x)=de(x)dx---(2)]]>