[发明专利]超声材料反射和透射系数激光测量系统

说明书

技术领域

本发明属于声学测量技术领域，涉及一种超声材料反射和透射系数激光测量系统。

背景技术

在工业和医疗超声设备研制过程及科研活动中，需要使用不同的声学无源材料来实现声波的透射、反射或吸收功能。除了密度、声速、硬度等物理参数外，对声学设备性能有较大影响的参数主要是材料的反射和透射系数，因此必须对其进行准确的测量。

一直以来，对材料反射和透射系数等声学参量的测量都是通过使用声学传感器（水听器）进行的。测量时，需要把水听器放置在待测声场中，首先测量出发射换能器所产生的辐射声压量值，而后将测试样品放置在已知声场中，利用水听器测量出样品的反射声压幅度和透射声压幅度，便可计算出材料的反射系数和透射系数参量。

由于水听器具有一定的空间尺寸，放置在声场中会对入射声波产生衍射作用，特别是当水听器与测试样品之间的距离较近时，会引起声波在二者间的多次反射，严重影响了对反射信号和透射信号的准确测量。而随着测量频率的升高，水听器所产生的衍射影响会不断增加，因此，使用水听器进行超声材料声学特性的测量具有不可避免的缺陷。

发明内容

本发明致力于克服使用水听器进行材料声学特性测量所固有的缺点，通过应用激光测振技术所具有的非接触性特点，消除使用水听器测量时对声场的干扰作用；同时，在本发明中利用聚焦换能器所产生的高强度平面声波以及激光测量时对平面声波的空间积分效应，提高测量的信噪比，增强了对各类声学材料的测量能力。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括函数发生器、功率放大器、机械定位机构、数字示波器、前置放大器、 激光测振仪、聚焦换能器、反射镜、吸声材料、水池和测试支架。

测试支架放置在水池中，测试支架上放置有测试样品，在测试支架的下方放置吸声材料，安装在机械定位机构上的聚焦换能器正对测试样品设置。

函数发生器的信号输入至功率放大器，经放大后驱动聚焦换能器向水介质中辐射脉冲声波。

激光测振仪放置在水池之外，激光测振仪发出的平行于测试样品上表面的激光束通过安置在水池侧壁上的透镜入射到水介质中，并经过反射镜反射回激光测振仪，激光测振仪的输出信号经过前置放大器后输入到数字示波器，以获得所需测量的信号幅度量值。

所述激光测振仪分别测量出聚焦换能器在焦平面上声压振幅沿焦域直径方向的积分量值、聚焦波束经测试样品后所产生的反射声压振幅沿焦域直径方向的积分量值、聚焦波束经测试样品后所产生的透射声压振幅沿焦域直径方向的积分量值，利用上述三个积分量值完成测试样品反射和透射系数的计算。

本发明的有益效果：

利用激光测振法具有的非接触测量的特点进行换能器声场特性参数的测量，克服了使用水听器测量时对声场的干扰作用。

使用聚焦换能器所产生的高强度聚焦平面波束进行检测，增加了测量的信噪比，提高了对声学材料的测量能力。

利用激光测振仪所测量出的声压积分量值进行反射系数和透射系数计算，克服了样品制作不均匀所产生的测量误差。

附图说明

图1为超声材料反射和透射系数激光法测量原理框图。

图2为样品测量支架结构示意图。

图3为激光法聚焦换能器声场声压测量原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

本发明提出了利用激光测振技术对材料声学特性进行非侵入式测量的技术方案，通过使用激光测振仪测量聚焦换能器在焦平面上的辐射声压、以及测量样品在相同的声场条件下所产生的反射和透射声压，可准确地计算出材料的反射系数和透射损失，克服使用水听器进行材料声学参数测量时所固有的缺点。

如图1和图2所示，本发明主要由下列仪器设备所构成的测量系统实现：聚焦换能器7、函数发生器1、功率放大器2、机械定位机构3、激光测振仪6、前置放大器5、数字示波器4、水池11、反射镜8、测试支架12和吸声材料10等。

所述的聚焦换能器采用球型陶瓷元件制备而成，声波经过球型元件的内表面辐射后，在其焦域中汇集形成聚焦声波，波阵面将呈现出平面形式、声压幅度按高斯函数形式分布。

所述的函数发生器为通用电子仪表设备，可输出测量所需要的填充脉冲波信号、信号的频率、波数、脉冲周期、信号幅度等参量可以根据测量的要求进行调节。

所述的功率放大器为通用电子仪表设备，可对信号源的输入信号进行放大，形成可驱动声学换能器的输出电压信号，功率放大器的输出阻抗应与换能器的输入阻抗相匹配、并具有一定的工作带宽。