[发明专利]一种便携式超声声场参数测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种便携式超声声场参数测量系统，其特征在于，

所述测量系统包括超声信号接收探测模块，超声信号处理模块和超声信号参数计算和输出显示模块；

所述超声信号接收探测模块包括超声换能器、待测声场和测量信号装置；所述超声信号接收探测模块探测待测超声设备的声压信号；

所述超声信号处理模块将探测到的超声设备的声压信号进行匹配、自适应程控增益、调理、A/D转换等处理；

所述超声信号参数计算和输出显示模块将处理后的信号进行存储、读取、抽样和计算峰值负声压、声功率、声强声场参数，绘制采集波形并显示计算结果。

2.根据权利要求1所述的一种便携式超声声场参数测量系统，其特征在于，

所述超声信号接收探测模块中所述测量信号装置为水听器；所述待测声场采用消声水槽；

所述消声水槽的上下底部分别设置一个入水口和出水口，且在所述消声水槽的左右侧壁分别开设一个圆孔，其中左边孔为声窗，右边为水听器安装孔，分别放置所述待测超声仪器的换能器和所述水听器；测量时，将所述消声水槽中注入纯净水。

3.根据权利要求1或2所述的一种便携式超声声场参数测量系统，其特征在于，

所述超声信号接收探测模块中还包括能量衰减装置，所述能量衰减装置为衰减片；根据超声声场能量的大小选择不同的衰减片，以实现对不同功率等级的连续波声源和脉冲波声源的实现测量；所述衰减片设置在所述待测声场中。

4.根据权利要求2或3所述的一种便携式超声声场参数测量系统，其特征在于，

所述消声水槽为四边形水槽；在所述消声水槽的四周壁上及顶、底部铺设消声材料，所述消声材料选用高频的吸声橡胶；所述超声换能器设置在消声水槽左侧的柔性声窗内；且所述消声水槽中填充为纯净水；所述衰减片可自由拆卸并纵向设置在所述消声水槽中；所述衰减片在1MHz～10MHz频率范围内的声压衰减倍数需要精确的测量；所述衰减片尺寸为20cm×20cm，厚度为1cm，安装在水槽内壁的导向定位槽内。

5.根据权利要求1所述的一种便携式超声声场参数测量系统，其特征在于，

所述超声信号处理模块包括阻抗匹配电路单元、程控增益电路单元、信号调理电路单元、A/D转换电路单元；

所述阻抗匹配电路单元用于将从所述水听器输出的电信号进行匹配，后传递到下一级电路；

所述程控增益电路单元针对被测超声换能器动态范围较宽，测量时需要将水听器输出的原始信号放大到适当的电压范围，以保证A/D转换和后续计算的精度；

所述信号调理电路单元用于对水听器获得的电信号进行滤波等处理，从而提高信号采集系统的性能与精度；

所述A/D转换电路单元用于对经过调理后的模拟电信号转换成数字信号。

6.根据权利要求1所述的一种便携式超声声场参数测量系统，其特征在于，

所述超声信号参数计算和输出显示模块，是基于FPGA的硬件峰值抽样及总线控制电路；所述基于FPGA的峰值抽样电路，用于将采集的大量数据进行硬件抽样，并通过ISA总线上传至处理器中，然后将波形以及计算得到的参数显示；即该模块通过FPGA的控制信号实现对A/D转换器输出的数据进行存储和抽样，对超声设备声场参数的计算并显示。

7.如权利要求1-6之一所述的系统进行超声声场参数测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤，

A.设置测量系统：搭建系统中超声信号接收探测模块，超声信号处理模块和超声信号参数计算和输出显示模块；

B.启动系统；

C.判断声源类型：根据外面待测超声仪器的不同，选择声源类型：连续波声源还是脉冲波声源；

D.利用采集的波形，实测超声源声波的频率；

E.选择水听器类型，并载入所述水听器的灵敏度文件；

F.采集并显示水听器采集的信号，将随机采集的波形进行相位固定处理，并根据采集波形自适应调整采样时间和采样率；

G.将采集并固定相位后的波形进行自适应增益调整，手动调整超声换能器的角度和位置使得采集的波形最高，并将显示波形的最大值调整到高于显示屏的70％后，记录当前增益值和波形量化值；利用上述参数及水听器的灵敏度文件，计算出待测超声声场的部分重要参数，如平均功率、峰值负声压、声强等。

H.将计算的结果输出；

I.结束。

8.如权利要求7所述的超声声场参数测量方法，其特征在于，

步骤G中的峰值负声压根据水听器接收到的信号，根据水听器的灵敏度计算所得

所述峰值负声压：P_-＝U/M

功率、输出波束声强等计算公式参照IEC 62127-1

功率：P=∫∫slTA(x,y)dxdy]]>

空间峰值时间平均声强：lspta=ppsiρcprr.]]>