[发明专利]一种超声换能器声场的测试方法

说明书

本发明是一种超声换能器声场的测试方法，本发明方法采用圆柱钢体作为反射体，结合超声换能器的360°角度自旋和xy平面机械扫查，并通过空间三维重构将声压直观的表现为灰度成像，实现超声换能器声场的三维可视化测试分析。

技术领域

本发明是一种超声换能器声场的测试方法，属于超声无损检测技术领域。

背景技术

超声换能器在工业无损检测领域得到了广泛的应用，通过超声换能器可以将电能转化为超声波能量，并在一定的三维空间内形成特定的声场分布。超声换能器声场的分布与换能器的形状、尺寸、材料、频率等因素有关，声束在近场区和远场区受到声波指向性、扩散角、干涉等影响表现出复杂的声场分布特征；另一方面，为了满足不同的检测需求，超声换能器技术和种类得到了广泛的发展，如平面非聚焦换能器、点聚焦换能器、线聚焦换能器、相控阵换能器阵列等，不同类型的换能器具有不同特征的辐射声场，所以直观、准确的测试超声换能器的声场，对于理解超声波的产生和传播机理、提升换能器性能、优化检测工艺参数、提高检测精度和灵敏度具有重要的意义。

目前用于测试分析超声换能器声场的方法主要有钢球反射法、水听器法、光弹法、激光偏振法等，现有技术在某些特定的领域存在一定的不足和局限：(1)钢球反射法要求球体尺寸越小越好，最好是理想的反射点才能真实的反应声场，但实际测量中球体尺寸越小，其反射声压就越微弱，不利于超声换能器接受反射声波，而且钢球反射法要求将声束垂直通过钢球球心，对设备的对中性要求较高，如果要求得到声场分布的三维测试结果，则需要规划复杂的xyz三维扫查路径；(2)水听器法的缺点是测量非轴向声场分布时对声束角度十分敏感，水听器法要求声束垂直入射到其敏感元件表面，如果入射方向不垂直则声波能量衰减极大，所以该方法仅适用于测量声束轴线上声场的能量分布，无法测量换能器声场的三维分布；(3)光弹法和激光偏振法多适用于测试超声波在固体中传播时的瞬态声场，测试液浸换能器声场时则容易受液体介质波动的影响，测试结果的偏差较大，另一方面该两种测试方法需要建立复杂昂贵的测试系统，且同样无法可视化的测量换能器声场的三维分布。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种超声换能器声场的测试方法，其目的是针对液浸式超声换能器提供一种三维可视化的声场测试方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种超声换能器声场的测试方法的步骤如下：

步骤一、采用直径d₀的圆柱钢体作为反射体1，将反射体1放置于吸声水槽8中，以吸声水槽8的深度方向作为z轴方向，使反射体1的轴线平行于该z轴方向；

步骤二、将被测试的超声换能器10水平固定在xy二维扫查装置上，使超声换能器10的声束垂直于反射体1的圆柱钢体的轴线方向入射，xy二维扫查装置沿反射体1的垂直于轴线的横截面运动，该运动沿x轴方向做往复运动，沿y轴方向做步进运动，使超声换能器10的声束以该蛇形运动的方式进行扫查并成像；

步骤三、将超声换能器10沿自身轴线旋转一定角度Δθ，重复步骤二的扫查方式并成像，然后再将超声换能器10沿自身轴线旋转一定角度Δθ，使旋转角度的积累达到360°；

步骤四、令第n次旋转超声换能器10的成像结果中某一成像点C_i的坐标为(x_i,y_i)，对应旋转角度为nΔθ，将该点C_i的坐标转换为(x_i,y_i,x_isin(nΔθ))，完成该点C_i的三维重构；

步骤五、采用步骤四的方法对超声换能器10360°旋转后所得的成像结果中所有的成像点进行三维重构，即可得到被测试超声换能器10声场分布的三维可视化测试结果。