實驗名稱：基于水聽器法的超聲換能器聲場特性校準技術的研究

研究方向：超聲換能器

測試目的：

超聲無損檢測是無損檢測領域重要的技術之一，而換能器作為超聲檢測中的關鍵部件，廣泛應用于工業檢測和醫用超聲成像領域。其性能好壞直接關系到超聲應用技術的效果和使用范圍，特別是聲場特性參數，對超聲無損檢測的檢測范圍、缺陷檢出率和缺陷評價準確性都有很大的影響，實現對超聲換能器的聲場特性參數準確測量進行深入研究是十分有價值的。

在計量領域中，依據JJF1294-2011《超聲探傷儀換能器校準規范》、JJF1650-2017《超聲探傷儀換能器聲場特性校準規范》開展超聲換能器的校準。其中JJF1294-2011是通過標準試塊耦合換能器向其材料內部發射超聲波，該波在標準試塊中傳播并再次被耦合換能器檢測到以用于評價換能器相關特性參數；JJF1650-2017是基于水聽器法測量超聲信號和掃描聲場獲取聲場特性參數，水聽器法作為目前超聲聲場中聲壓測量的推薦法則，其優點是測量結果直觀，能完整反映聲波波形的圖形，是各領域換能器聲學特性參數校準的標準。

文中主要針對基于水聽器法超聲換能器聲場特性參數校準進行研究，包括超聲換能器聲場特性校準裝置的設備組成和技術指標、聲場特性參數(包括焦距焦區尺寸、聲束擴散角等參數)校準方法；進行聲場特性參數的實驗測量，并進一步討論實驗數據。

測試設備：ATA-8202射頻功率放大器、水聽器、信號發生器、示波器等。

實驗過程：

圖：超聲換能器聲場特性校準系統結構示意圖

超聲換能器聲場特性校準系統主要由超聲聲場掃描定位裝置、超聲脈沖激勵裝置、信號采集裝置，其校準系統結構示意如上圖所示。

一、標準水聽器和被測超聲換能器的安裝

由于水聽器針尖的薄膜非常脆弱，因此使用水聽器探頭時一定不能用于或其他物體觸碰針尖，使用蒸餡水輕輕清洗即可；

將標準水聽器安裝固定于電動五自由度運動機構的夾持支架上，并注意水聽器的連接線，不要纏繞在運動機構上；

將被測超聲換能器安裝固定于手動五自由度運動機構的夾持支架上，并注意被測超聲探頭的連接線，不要纏繞在運動機構上；

標準水聽器和被測超聲換能器安裝固定后，可分別通過驅動手動五自由度運動機構、電動五自由度運動機構調節被測超聲換能器、標準水聽器的位置和安態。請盡量保持被測超聲探頭表面與水聽器垂直，使被測超聲探頭和標準水聽器的軸線位于水槽中心的回一直線上。

二、系統的連接調試

將被測超聲換能器連接功率放大器和信號發生器，設置信號發生器工作頻率為被測換能器的標稱頻率2.25MHz，并置于猝發音輸出模式，脈沖激勵波形周期數設置為10個，使得水聽器輸出達到穩態為準。

將標準水聽器連接放大器和示波器，通過電動五自由度運動機構帶動水聽器以步進距離0.2mm，運行速度10mm/s進行若干平面的掃描，即可得到聲場特性參數。

實驗結果：

圖：聚焦超聲換能器聲場特性參數測量結果

通過對比實際測量結果和理論結果發現，實際測量的聲場與仿真結果基本吻合，聲場特性參數測量結果在合理的范圍內。證明系統可以測量聚焦換能器聲場，并且測量結果比較準確。

安泰ATA-8202射頻功率放大器：

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。

審核編輯黃宇