[发明专利]一种脉冲超声声场检测装置与方法

说明书

本发明公开了一种脉冲超声声场检测装置与方法，包括：调节光电探测器与第三凸透镜之间的距离，使各级衍射光均聚焦在光电探测器；调节遮光板将零级光和负一级衍射光挡住，使正一级衍射光进入光电探测器，将光脉冲幅值最大值记为正一级衍射光光强，与总光强I之比满足第一类1阶贝塞尔函数；将示波器的时间尺度调小，衍射光脉冲信号内包含有强度调制信号，调制频率与超声频率相同。根据调制信号的波形计算出此处的相位信息；获取位移平台移动方向上超声声场的声压与相位分布；利用步进电机将超声探头旋转一定角度，得到不同旋转方向上超声声场的声压与相位分布；将不同角度检测数据进行组合，即得到该平面内超声声场的声压与相位分布。

技术领域

本发明涉及超声检测领域，尤其涉及一种脉冲超声声场检测装置与方法。

背景技术

超声检测技术是目前广泛应用于医疗、工业无损检测、水下成像等领域，为保证检测效果的准确性，需在使用前对探头所激发的声场进行检测，因此，能够定量得到探头声场的声压及相位分布显得尤为重要。

根据超声激励信号的不同，可将超声分为由连续信号激发的连续超声和由周期脉冲信号激发的脉冲超声。目前超声声场检测方法主要有以下几种：

1、水听器法：水听器探头由压电材料制成，可将声压信号转换为电信号。将该信号通过电压或电荷放大器放大后，可得到反应声波波形的图像，完成声场中声压的测量。

2、辐射力天平法：将连续声波打在靶上，测定靶上所受辐射力，通过比例成常数计算声功率。

3、纹影法：当声波在介质中传播时，声压改变了介质密度，从而使介质的折射率发生变化，纹影法就是利用介质中光折射率变化反映的密度分布来记录声场。

4、脉冲回波法：利用超声探头的互易性，使用标准试块来对超声探头声场进行测试。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

1)水听器法：水听器本身有一定的体积，在测量声场时会对声场造成干扰。在对不同的探头进行测量时，需要根据探头的频率、形状等选择不同的水听器，适用范围较窄。

2)辐射力天平法：通过辐射力天平法只能得到声功率值，无法得到探头的声场分布，并且辐射力天平法只能适用于形状规则的超声探头发射连续超声的测量，无法测量脉冲超声声场。

3)纹影法：通过纹影法可以得到直观的声场分布，但无法对声场的声压及相位进行定量测量。

4)超声回波法主要应用于评价超声探头性能，无法对声场进行定量测量，引入标准试块同样会对声场造成干扰。

发明内容

本发明提供了一种脉冲超声声场检测装置与方法，本发明采用非侵入式检测，不会对声场造成干扰，可以快速得到超声探头的二维声场声压及相位分布，详见下文描述：

一种脉冲超声声场检测装置，所述检测装置包括：

信号发生器用于产生超声激励信号，当激励信号为周期脉冲时，超声探头输出脉冲超声；功率放大器用于将激励信号放大，驱动超声探头在水槽中产生脉冲声场；

He-Ne激光器、第一凸透镜、第二凸透镜、水槽、遮光板、以及反光镜均位于同一水平线，激光经过水槽后会被脉冲声场形成的超声光栅衍射，调节遮光板，将零级衍射光和负一级衍射光遮挡，只允许正一级衍射光通过；

正一级衍射光经反光镜反射后，通过第三凸透镜聚焦在光电探测器上，光电探测器输出信号由示波器读取。

其中，所述检测装置还包括：步进电机和位移平台，

所述超声探头固定在步进电机上，步进电机固定在位移平台，使超声探头在垂直于激光方向上平移、并沿声束所在轴线旋转。