[发明专利]一种双频超声换能器及高次谐波的自发自收式测量方法

说明书

本发明公开了一种双频超声换能器，用于对样品进行非线性超声测量，所述超声换能器包括：发射晶片（1），绝缘层（2），接收晶片（3）和保护层（4）；所述发射晶片（1）和接收晶片（3）之间由绝缘层（2）隔离电信号，所述接收晶片（3）的另一侧是保护层（4）；接收晶片（3）位于发射晶片（1）的中心轴线上。此外，基于所述双频超声换能器，本发明还提供了一种高次谐波的自发自收式测量方法，该方法能够实现自发自收式的非线性超声检测，并能够保证足够的信噪比。

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，尤其涉及一种双频超声换能器及高次谐波的自发自收式测量方法。

背景技术

超声换能器是指将其他形式能量转换为声能的器件。在传统的无损检测中，非线性超声信号是通过穿透法测量的，即需要一个基频换能器(中心频率为f)作发射源，在样品另一侧放置一个高频换能器作接收器。一般来说，发射换能器的频带较窄，以避免引入非线性高次谐波信号，而接收换能器的中心频率在发射换能器的n倍频率处(中心频率为n*f，n＝2,3,4…)，以最大效率接收n次谐波。然而，在实际操作中，往往不能同时接触样品的两侧，或是发射和接收换能器难以保持在同一轴线上，导致不能顺利采集高次谐波信号。

利用传统的宽带换能器虽能实现自发自收式测量，一方面由于其频带限制，一般仅能测量到二次谐波，无法测量更高次的谐波；另一方面，由于换能器带宽覆盖了二次谐波频率，将给发射信号中引入二次谐波分量，且不能与样品产生的二次谐波区分，将会带来较大的系统噪声。

发明内容

本发明的目的在于克服目前超声换能器存在的上述问题，提供了一种双频超声换能器，能够实现自发自收式非线性超声检测。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双频超声换能器，所述超声换能器包括：发射晶片1，绝缘层2，接收晶片3和保护层4；所述发射晶片1和接收晶片3之间由绝缘层2隔离电信号，所述接收晶片3的另一侧是保护层4；接收晶片3位于发射晶片1的中心轴线上。

上述技术方案中，所述接收晶片3的长度尺寸小于发射晶片1。

上述技术方案中，如果所述接收晶片3用于接收样品反射回的n次谐波，n为大于1的整数；则所述接收晶片3的厚度是发射晶片1厚度的1/n。

上述技术方案中，所述保护层4与样品通过液体耦合剂接触。

基于上述双频超声换能器，本发明还提供了一种高次谐波的自发自收式测量方法，所述方法包括：

步骤1)信号发生器产生单频发射信号；

步骤2)所述发射信号激励所述双频超声换能器的发射晶片1，产生超声波信号；

步骤3)所述超声波信号在样品中传播，波形发生畸变，产生高次谐波分量，经底面反射后，由所述双频超声换能器的接收晶片3接收，转换为电信号；

步骤4)电信号经信号采集器进行数字采样，将信号传入信号处理单元进行快速傅里叶变换，得到信号的频域信息；从而完成水中二次谐波的自发自收式测量。

本发明的优势在于：

1、本发明的双频超声换能器能够实现自发自收式的非线性超声检测，并能够保证足够的信噪比。

附图说明

图1为本发明的双频超声换能器的示意图；

图2为测量水的二次谐波信号示意图；

图3为发射信号时域波形；

图4为发射信号频谱；

图5为接收信号时域波形；

图6为接收信号频谱。

具体实施方式