[发明专利]一种测量空气耦合超声探头灵敏度的装置及方法

权利要求书

1.一种测量空气耦合超声探头灵敏度的方法，其特征在于，采用一种测量空气耦合超声探头灵敏度的装置，包括灵敏度测量装置，所述的灵敏度测量装置包括信号发生装置、接触式换能器、固体试样、空气耦合换能装置和接收器，所述的接触式换能器设置于所述的固体试样的一侧且直接接触固体试样，并由所述的信号发生装置驱动产生声波，所述的空气耦合换能装置设置于固体试样的相对另一侧且与固体试样之间留有间隙，并接收由固体试样经过空气传来的声波，接收器接收空气耦合换能装置采集的声波信号数据并处理；

所述的灵敏度测量装置为相对灵敏度测量装置，其中所述的信号发生装置为脉冲发生/接收器，所述的脉冲发生/接收器产生宽频带脉冲信号并发送至所述的接触式换能器，接触式换能器设置于所述的固体试样的一侧且直接接触固体试样；所述的空气耦合换能装置包括空气耦合换能器、电流探针和放大器，所述的空气耦合换能器设置于固体试样的相对另一侧且与固体试样之间留有间隙，空气耦合换能器的输出端依次经电流探针和放大器连接至接收器；

包括以下步骤：

测量空气耦合换能器的相对灵敏度，接触式换能器由脉冲信号激发，将声波发射到固体试块中，声波通过固体—空气界面传输到空气中，并被位于试块另一侧的空气耦合换能器接收，空气耦合换能器所接收的是时域信号，再通过快速傅里叶变换在频域中计算频率相关灵敏度S_vI(ω)：

其中，v_T(ω)为换能器输出粒子的速度，I_in(ω)为换能器输入端电流，ω表示频率；

则换能器输出电流为：

其中参数的上标A代表该参数是作为发射端的接触换能器相应的参数，上标B代表该参数是作为接收端的空气换能器相应的参数，Z_L(ω)为外接端电阻值，Z_T(ω)为辐射阻抗，是考虑波从发射端到接收端受位移透射系数T₁₂、衰减M和衍射D影响下的声学传递函数，表示为：

其中

M(z₁,z₂,α₁,α₂,ω)＝exp[-α₁(ω)z₁-α₂(ω)z₂]

其中参数的下标1代表该参数是固体中相应的系数，下标2代表该参数是空气中相应的系数，z表示波的传播距离，ρ和c为密度和声速，α表示频率相关的衰减系数，D_R＝k(a^A)²/2是带有波数的瑞利距离，其中波数k＝ω/c₁，a是换能器的半径，A_m，B_m,A_l和B_l表示相应的高斯系数。