超声声场参数测量系统的研究

摘要

超声声场参数的准确测量，能够为超声设备在医疗诊断、工业超声无损探伤等各个领域的安全有效使用提供可靠依据。目前，超声声场参数测量中主要以水听器为接收换能器。本文针对在基于水听器法换能器特性评价及声场参数测量过程中，直接影响测量结果的两大因素:水听器自身声压灵敏度和声场空间水听器测量定位系统进行了研究，并在此基础上对工业超声无损探伤探头的声场特性参数进行了实例测量。主要工作有:
　　 1、在水听器声压灵敏度测量中，针对两换能器互易法测量中衍射效应、平均效应以及环境因素等影响因子进行了研究分析。实测了辅助换能器自易性、有效直径以及水介质环境等测量条件因素的影响。针对衍射效应及平均效应的修正因子Gc进行了Fay经验数据和理论仿真结果的对比分析研究。在对英国PA针状水听器声压灵敏度的实测中表明:在0.5MHz至15MHz频率范围内的直接测量结果随着频率的增加逐渐远离真实值。在10MHz至15MHz时甚至不能进入真实值的不确定度范围;在对修正因子进行相关研究修正后修正结果在0.5MHz～15MHz范围内完全符合真实值的测量不确定度。
　　 2、为了在声场参数测量中准确定位声场中有效位置，建立了基于步进电机驱动的三维自动扫描系统。三维空间扫描时采用矩形遍历方法进行平面扫描及有效位置的信号采集。为了直观真实的感知声场空间声压分布信息，对空间扫描结果采取实时可视化处理，达到空间准确定位的同时，实时观测声场空间声压分布的信息。
　　 3、使用建立的该套空间扫描系统，针对工业超声无损探伤检验(NDT)探头的特性参数和其产生的空间声场声压分布特性进行了实测。在利用脉冲回波法测量出探头频率响应的基础上，测量声场参数时，分析比较了球靶反射法与水听器法两种方法，为了减少探头本身接收带宽的限制，以及球靶反射体尺寸引入平均效应的影响，实验中采用水听器法代替球靶反射法，并利用已建立的空间三维扫描定位系统，使声场参数测量可操作性有很大改进，可视化技术的使用，也使的测量结果更加直观可靠。

目录

声明

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 超声声场参数测量的现状及实现关键技术

1．2．1 水听器声压灵敏度校准的方法与现状

1．2．2 声场信号采集系统的现状

1．3 论文的主要研究内容

第二章 水昕器声压灵敏度测量的研究

2．1 水听器声压灵敏度测量的意义

2．2 两换能器互易法水听器声压灵敏度测量方法的研究

2．2．1 辅助换能器自易性测量原理

2．2．2 取代法进行水听器声压灵敏的测量原理

2．3 两换能器互易法水听器声压灵敏度测量中修正因子的研究

2．3．1 修正因子Gc的研究及影响分析

2．3．2 辅助换能器的影响研究与分析

2．3．3 水介质中修正的研究与分析

2．4 水听器灵敏度测量结果验证及测量不确定度分析

2．4．1 实验所需仪器

2．4．2 实验测量步骤

2．4．3 实验测量结果分析

2．4．4 实验测量结果不确定度分析

第三章 声场空间参数可视化测量的实现

3．1 声场空间声压分布可视化的意义

3．2 声场空间扫描装置介绍

3．2．1 声场空间扫描系统硬件介绍

3．2．2 扫描系统信号采集及软件介绍

3．3 声场空间扫描及可视化的实现

3．3．1 声场空间扫描步骤

3．3．2 声场声压分布可视化的实现

3．4 实验结果分析

3．4．1 平面活塞换能器声场空间声压分布可视化的实现

3．4．2 平面活塞换能器声场参数可视化测量的实现

第四章 应用实例 无损检验探头的声场特性评价

4．1 NDT探头声场特性测量方法

4．1．1 球靶反射法

4．1．2 水听器法

4．2 水听器法测量NDT探头声场特性参数

4．2．1 实验测量所需仪器

4．2．2 测量步骤

4．2．3 实验测量结果分析

4．3 总结：

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介

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