[发明专利]基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置及方法

说明书

本申请公开了一种基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置及方法，其中测量装置包括：水槽，用于装载液体；波导管，位于所述水槽内；具有一个输入端和多个输出端；所述输入端上设置有固液耦合器；多个所述输出端沿直线依次设置；超声换能器，位于所述水槽内，靠近所述固液耦合器；高灵敏压电水听器，位于所述波导管的输出端内；信号发生器，与所述超声换能器连接。本申请的一个技术效果在于，可以将超声信号在波导管中传播的声衰减系数测量出来，并且测量准确度高。

技术领域

本申请属于超声技术领域，具体地说，涉及一种基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置及方法。

背景技术

超声波在介质中传播时，随着传播距离的距离，超声波的能量逐渐减弱，其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸收等因素有关。人们为了最大程度减少超声波传输的能量损耗，波导中导波的研究开始慢慢受到重视。根据声波导管理论，当波导管的内径小于波长时，在这种亚波长尺度下，管中将传播一维平面纵波。此时超声波在管中不会碰到界面，也不会发生反射折射，会直接穿过管中，最终超声波通过波导管后能量的损耗非常低。所以准确的测量这种亚波长尺度下的声波导管中的声衰减系数对未来波导管无损传输领域的应用至关重要，从而有必要提出这样一种基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数的测量装置及方法。

实际上衰减是一个很难测量的物理量，目前有一种测量声衰减系数的方法是通过四传感法测量复波数，复波数是声学中非常重要的参数，它包含材料的声衰减系数。四传感器法其实是在传统的驻波管测量法基础上增加了一段透射管，在声管上分别安装了两个传感器测量反射波和透射波并采用了吸声末端，这样被测样品前后表面的声压就可以很方便的由入射波、反射波和透射波表示，用这种方法测的材料复波数的虚部就表示声衰减系数，但是这种方法一方面由于低频时相位读数相对误差大另一方面由于吸声末端在低频时吸声性能差会产生二次反射与透射，所以测的声衰减系数离散性大，计算误差较大。

另一种有效测量介质中超声衰减系数的方法是光声方法，该方法采用高能量激光脉冲激发表面波，通过换能器每隔0.5mm获取采样信号，对信号进行滤波、FFT等处理最终得到介质声衰减系数。但是该方法受到采样频率以及滤波器窗宽的限制，因此也不能准确的得到声衰减系数。上述方法不管是从增加传感器的角度还是从表面波信号频谱计算的角度出发总会造成较大的计算误差或者实验误差，并且都会受到低频率的影响，从而无法从亚波长尺度准确测量声波导管中声衰减系数大小。

发明内容

本申请的一个目的在于提供了一种基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置的新技术方案。

根据本申请的一个方面，本身请提供一种基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置，包括：

水槽，用于装载液体；

波导管，位于所述水槽内；具有一个输入端和多个输出端；所述输入端上设置有固液耦合器；多个所述输出端沿直线依次设置；

超声换能器，位于所述水槽内，靠近所述固液耦合器；

高灵敏压电水听器，位于所述波导管的输出端内；

信号发生器，与所述超声换能器连接。

可选地，还包括功率放大器，所述超声换能器和所述信号发生器通过所述功率放大器连接。

可选地，还包括示波器，所述示波器分别与所述信号发生器和所述高灵敏压电水听器连接。

可选地，还包括固定组件，所述固定组件被配置为分别固定所述波导管、超声换能器，使得所述固液耦合器和所述超声换能器不直接接触。

可选地，所述固液耦合器为喇叭形结构，其广口喇叭端朝向所述超声换能器。

可选地，所述波导管的内径小于75mm。

可选地，所述波导管具有七个输出端。