[发明专利]校验超声水浸压电探头的方法及装置

权利要求书

1.一种校验超声水浸压电探头的方法，其特征在于，包括：

连接脉冲发生器和具有固定阻抗的外接电阻，测量输入的电流信号；

分离所述脉冲发生器和所述外接电阻，连接脉冲发生器和探头，测量流经探头的输出电流信号；

获取声传播函数、声辐射阻抗、外接电阻的阻值和脉冲发生器的阻值；

将外界电阻、脉冲发生器的阻值和乘以输出电流信号得到第一乘积，将输入的电流信号、声传播函数和声辐射阻抗三者相乘得到第二乘积，将第一乘积除以第二乘积后开根号，得到所述探头的灵敏度。

2.如权利要求1所述的校验超声水浸压电探头的方法，其特征在于，所述获取声传播函数的步骤包括：

获取超声波由探头传至反射体并被反射至探头间的距离、探头的有效半径和探头的有效焦距；

通过以下公式来计算声传播函数：

式中，t_a(z,ω)为不同距离下频域下的声传播函数，R₁₂表示水-反射体界面的反射系数，k表示水中波数，z表示为超声波由探头传至反射体并被反射至探头间的距离，α_f为衰减系数，a表示探头的有效半径，D_R为瑞利距离，A和B表示为25组高斯系数；

当探头为平面探头时，存在以下关系：

B_xm＝B_m，B_ym＝B_m，B_xl＝B_l，B_yl＝B_l；

当探头为线聚焦探头时，存在以下关系：

B_ym＝B_m，B_yl＝B_l；

当探头为点聚焦探头时，存在以下关系：

以上关系式中，f_L为探头的有效焦距。

3.如权利要求2所述的校验超声水浸压电探头的方法，其特征在于，所述探头的有效半径和探头的有效焦距的获取步骤包括：

在不同检测距离下采集输出电流，并查找所述输出电流的最大幅值，其中，所述检测距离为超声波由探头传至反射体并被反射至探头间的距离；

通过快速傅里叶变换得到所述输出电流的频谱特性；

采用所述公式，通过假设不同的半径和焦距计算该检测距离下的声传播函数；

通过对所述频谱特性和所述声传播函数进行卷积，得到该检测距离下探头的频域信号；

利用逆傅里叶变换获得各距离的时域信号，并计算所述时域信号的最大幅值；

将不同距离下的理论预测值和实验测量结果进行最小二乘拟合，并比对两者拟合后的曲线，其中，所述理论预测值为所述时域信号的最大幅值，所述实际测量结果为所述输出电流的最大幅值；

当在预设范围内两者所对应的拟合曲线匹配时，对应假设的半径为所述探头的有效半径，对应假设的焦距为所述探头的有效焦距。

4.如权利要求3所述的校验超声水浸压电探头的方法，其特征在于，当探头为聚焦探头时，所述预设范围为拟合后曲线的最大值前后的数值。

5.如权利要求1-4任一项所述的校验超声水浸压电探头的方法，其特征在于，所述声辐射阻抗为水的密度、水中的声速以及探头的有效面积的乘积。

6.如权利要求1-4任一项所述的校验超声水浸压电探头的方法，其特征在于，所述外接电阻的阻值和所述脉冲发生器的阻值相等。

7.如权利要求6所述的校验超声水浸压电探头的方法，其特征在于，所述外接电阻的阻值和所述脉冲发生器的阻值均为50Ω。

8.一种校验超声水浸压电探头的装置，其特征在于，包括：

外接电阻接入模块，用于连接脉冲发生器和具有固定阻抗的外接电阻，测量输入的电流信号；

探头接入模块，用于分离所述脉冲发生器和所述外接电阻，连接脉冲发生器和探头，测量流经探头的输出电流信号；

参数获取模块，用于获取声传播函数、声辐射阻抗、外接电阻的阻值和脉冲发生器的阻值；

探头灵敏度测量模块，用于将外界电阻、脉冲发生器的阻值和乘以输出电流信号得到第一乘积，将输入的电流信号、声传播函数和声辐射阻抗三者相乘得到第二乘积，将第一乘积除以第二乘积后开根号，得到所述探头的灵敏度。