[发明专利]一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法

权利要求书

1.一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)聚焦超声探头选择、安装及调节

任意选择一种聚焦超声探头型号，聚焦超声探头在介质中由于透镜聚焦并不是聚焦成一个点，而是形成一定长度的聚焦焦柱，根据点聚焦超声探头相关理论，焦柱直径计算如下：

式中，c表示超声波在水中的传播速度，Φ表示焦柱直径，L_j表示焦柱长度，D表示晶片直径，F表示焦距；

将聚焦超声探头放在试块上方，通过多自由度调节平台调节聚焦超声探头位置，先通过理论公式计算大概聚焦位置，然后通过多自由度平台调节聚焦超声探头上下距离以及角度，使得聚焦超声探头聚焦在接触界面处；

(2)聚焦直径试验测量与超声反射回波信号的采集

利用多自由度调节平台移动聚焦超声探头，使其经过两个反射率发生明显变化的界面，选择钢-空气界面或钢-空气-钢界面，根据实际情况每次移动合适的距离，测量并记录边界附近界面的超声反射回波；测量过程中，首先需要保证聚焦超声探头的聚焦位置位于钢-空气界面或者钢-空气-钢的界面上；

(3)聚焦超声探头聚焦直径的获得

在实际情况下，由于聚焦超声探头聚焦区域的存在及其平均作用，在分界面附近必然存在过渡区域；在过渡区域内，聚焦区域一部分在钢-空气界面上，反射率较大，而另一部分在钢-空气-钢界面上，反射率较小，而聚焦区域完全在钢-空气界面和完全在钢-空气-钢界面时，反射率基本保持不变，因此聚焦超声探头聚焦区域直径等于聚焦超声探头刚刚由钢-空气界面进入钢-空气-钢界面到刚刚完全出钢-空气-钢界面，也就是经过过渡区域聚焦超声探头所移动的距离；设n为过渡区域总测量点数，且包括两个边界点，dis为测量点间距，则聚焦区域直径为：

Φ＝(n-1)·dis (2)。

2.根据权利要求1所述的一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法，其特征在于，步骤(1)中聚焦超声探头与试件之间的介质是水，所测的是聚焦超声探头经过水的聚焦直径。

3.根据权利要求1所述的一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法，其特征在于，步骤(1)中为了使聚焦超声探头聚焦焦柱位于界面上，先通过理论公式计算大概聚焦位置，粗调多自由度调节平台使得聚焦超声探头聚焦于该位置，观察反射回波，然后通过多自由度调节平台对聚焦超声探头上下距离以及角度进行微调，最终使得聚焦超声探头位于合适的位置。

4.根据权利要求1所述的一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法，其特征在于，步骤(2)中为了保证试验测量精度，降低试验随机误差，根据实际情况对每个测量点记录反射回波多次然后取平均值，在进行反射率的计算。

5.根据权利要求1所述的一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法，其特征在于，步骤(2)中，利用多自由度调节平台移动聚焦超声探头，使聚焦超声探头经过的界面是由钢-空气界面经过接触边缘区域完全进入钢-空气-钢界面，或者通过钢-水界面和钢-水-钢界面。

6.根据权利要求1所述的一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法，其特征在于，步骤(3)中，聚焦超声探头聚焦直径的获得是通过聚焦超声探头经过过渡区域所移动的距离得到的，而聚焦超声探头在过渡区域的距离是通过聚焦超声探头聚焦区域在钢-空气界面上与钢-空气-钢界面上的反射率的差异规律得到的。