專利名稱：超聲液浸換能器聲場自動化測量裝置的制作方法
超聲液浸換能器聲場自動化測量裝置技術(shù)領(lǐng)域-本發(fā)明涉及一種超聲液浸換能器聲場的自動化測量裝置，尤其涉及一種超聲水浸換能器 聲場的自動化測量裝置。
背景技術(shù)：
超聲換能器在超聲檢測和測量系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。超聲檢測和測量技術(shù)是利用超聲 換能器產(chǎn)生的聲場與物質(zhì)相互作用，從而產(chǎn)生各種物理效應(yīng)，超聲作用的效果和超聲聲場密 切相關(guān)，所以掌握換能器聲場分布的信息對于超聲檢測和測量是至關(guān)重要的。中國發(fā)明專利公開號為CN1461942A，
公開日為2003年12月17日的發(fā)明專利申請中公 開了一種聲場測量裝置，該裝置采用手動單點測量方法進行聲場測量，該裝置不利于操作、 誤差較大而且效率較低；此外，該申請采用水聽器測量換能器聲場的聲壓分布，但水聽器價 格昂貴，操作復(fù)雜，不適合大范圍的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述背景技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種操作方便，自動化程 度高，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低的聲場測量裝置，實現(xiàn)對超聲液浸換能器聲場的測量。本發(fā)明所述的超聲液浸換能器聲場測量裝置包括三維掃查架、吸聲水槽、反射裝置、 超聲換能器架、數(shù)據(jù)處理器、三維運動控制器、步進電機。吸聲水槽位于三維掃查架的內(nèi)部； 三維掃查架的三維運動部分在吸聲水槽的上方；反射裝置位于吸聲水槽底面上，處于三維掃 查架的三維運動部分的下方；超聲換能器架通過螺紋固定在三維掃查架上；數(shù)據(jù)處理器與被 測超聲換能器之間用信號線連接；三維運動控制器與步進電機之間用信號線和電源線連接； 步進電機通過螺紋固定在三維掃査架上。所述三維掃査架具有四根支撐桿，兩根X方向?qū)к墸?一根Y方向?qū)к墸?一根Z方向?qū)к墶?四根支撐桿通過螺紋連接四個地角螺母，可實現(xiàn)四根支撐桿高度的調(diào)整。兩根X方向?qū)к壨?過螺紋固定在四根支撐桿上，并跟與其連接的支撐桿呈90度夾角。Y方向?qū)к壨ㄟ^螺紋固定 在X方向?qū)к壍幕瑝K上，Z方向?qū)к壨ㄟ^螺紋固定在Y方向?qū)к壍幕瑝K上。所述吸聲水槽的內(nèi)表面粘貼吸聲材料，并具有超大測量范圍，達到X方向1300毫米，Y 方向700毫米，Z方向800毫米。所述超聲換能器架包括超聲換能器的信號導(dǎo)管和信號導(dǎo)管固定機構(gòu)，信號導(dǎo)管固定機構(gòu) 通過螺紋固定在Z方向?qū)к壍幕瑝K上，信號導(dǎo)管由兩個頂絲固定在固定機構(gòu)上。信號導(dǎo)管的 一端接有超聲換能器，另一端接有數(shù)據(jù)處理器和超聲信號激發(fā)接收電路。所述反射裝置由斜面底座、支架和小鋼球組成。斜面底座的上表面與下表面呈30度傾斜， 并且斜面底座的上表面是光滑的，雖然本實施例中是采用30度傾斜，但通過實際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn) 在10度到70度的范圍內(nèi)都是可以的；在該斜面底座上鉆有一通孔，用于放置支架，并通過 頂絲將支架固定在通孔中；小鋼球可以通過焊接或者過盈配合的方式與支架固定，并且小鋼 球的表面經(jīng)過拋光處理。


圖1是本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測 圖2是本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測 圖3是本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測 圖4是本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 量裝置中的三維掃査架的結(jié)構(gòu)示意圖； 量裝置中的超聲換能器架的結(jié)構(gòu)示意圖；以及 量裝置中的反射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
-如圖1所示，本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測量裝置由三維掃査架l、吸聲水槽2、反 射裝置3、超聲換能器架4、數(shù)據(jù)處理器5、三維運動控制器6、步進電機7構(gòu)成。吸聲水槽 2位于三維掃査架1的內(nèi)部，三維掃査架1的三維運動部分在吸聲水槽2的上方；反射裝置3 位于吸聲水槽2中，并且位于吸聲水槽底面上，處于三維掃查架的三維運動部分的下方；超 聲換能器架4通過螺紋固定在三維掃查架1上；數(shù)據(jù)處理器5與被測超聲換能器之間用信號 線連接；三維運動控制器6與步進電機7之間用信號線和電源線連接；步進電機7通過螺紋 固定在三維掃査架l上。如圖2所示，三維掃查架1的四根支撐桿11通過螺紋連接四個地角螺母12。兩根X方 向?qū)к?3通過螺紋固定在四根支撐桿11上，并跟與其連接的支撐桿11呈90度夾角。Y方 向?qū)к?5通過螺紋固定在X方向?qū)к?3的滑塊14上，Z方向?qū)к?7通過螺紋固定在Y方 向?qū)к?5的滑塊16上，三個步進電機7通過螺紋分別與X方向?qū)к?3中的一根導(dǎo)軌、Y 方向?qū)к?5、 Z方向?qū)к?7連接。采用了所述步進電機的超聲液浸換能器自動化測量裝置操 作方便，自動化程度高。雖然本實施例中采用的是步進電機，但是也可以采用伺服電機。如圖3所示，超聲換能器架4由信號導(dǎo)管41和信號導(dǎo)管固定機構(gòu)42組成，信號導(dǎo)管固 定機構(gòu)42通過螺紋固定在Z方向?qū)к?7的滑塊18上，信號導(dǎo)管41由兩個頂絲固定在信號 導(dǎo)管固定機構(gòu)42上。信號導(dǎo)管41的一端接有被測超聲換能器，另一端接有數(shù)據(jù)處理器5和 超聲信號激發(fā)接收電路8。如圖4所示，反射裝置3由斜面底座31、支架32和小鋼球33組成。斜面底座31的上 表面35與下表面36呈30度傾斜，斜面底座31的上表面35是光滑的并具有大于被測超聲換 能器尺寸的尺寸，雖然本實施例中是采用30度傾斜，但通過實際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在10度到70度 的范圍內(nèi)都是可以的。在斜面底座31的中心鉆有一通孔34，支架32放置與通孔34中，并 用頂絲將其固定。支架32和小鋼球33之間可以通過焊接或者過盈配合的方式固定，并且小 鋼球33經(jīng)過拋光處理。小鋼球的直徑在1毫米到5毫米之間，并且根據(jù)超聲換能器的直徑來 選擇適當(dāng)大小的小鋼球。采用所述反射裝置的本發(fā)明的超聲液浸換能器聲場自動化測量裝置 操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。聲場測量過程如下，將被測超聲換能器連接到信號導(dǎo)管41的下端，將反射裝置3放置于 被測換能器的正下方，小鋼球33正對著被測超聲換能器的超聲波發(fā)射面，被測超聲換能器產(chǎn) 生的脈沖超聲波在傳播過程中遇到小鋼球33后，被小鋼球33反射回去并被被測超聲換能器 接收，被測超聲換能器并將信號傳送到數(shù)據(jù)處理器5中，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理器5的處理而得到聲 壓值，并將此聲壓值當(dāng)作超聲換能器聲場中小鋼球33頂點處的聲壓值，當(dāng)反射裝置3靜止時， 由三維運動控制器6控制步進電機7運動，步進電機7帶動X、 Y和Z方向?qū)к?3、 15和 17運動，從而帶動超聲換能器相對于小鋼球33進行空間三維運動，則這樣就可以測得超聲 換能器的三維聲場的聲壓值分布。沒有被小鋼球33反射的超聲波會繼續(xù)向前傳播到斜面底座31的上表面35上，由于斜面 底座31的上表面35與下表面36呈30度傾斜，可以將這部分超聲波以與入射方向呈60度夾 角反射出去，使得超聲換能器接收不到這部分超聲波。這樣，就不會影響超聲換能器聲場的 測量結(jié)果了。
權(quán)利要求
1. 一種超聲液浸換能器聲場自動化測量裝置，其特征在于由三維掃查架、吸聲水槽、反射裝置、超聲換能器架、數(shù)據(jù)處理器、三維運動控制器、步進電機構(gòu)成，吸聲水槽位于三維掃查架的內(nèi)部；三維掃查架的三維運動部分在吸聲水槽的上方；反射裝置位于吸聲水槽底面上，處于三維掃查架的三維運動部分的下方；超聲換能器架通過螺紋固定在三維掃查架上；數(shù)據(jù)處理器與被測超聲換能器之間用信號線連接；三維運動控制器與步進電機之間用信號線和電源線連接；步進電機通過螺紋固定在三維掃查架上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述三維掃查架具有四根支撐桿，兩根X方 向?qū)к墸?一根Y方向?qū)к墸?一根Z方向?qū)к?，其中，所述四根支撐桿通過螺紋連接四個 地角螺母，可實現(xiàn)四根支撐桿高度的調(diào)整；所述兩根X方向?qū)к壨ㄟ^螺紋固定在四根支 撐桿上，并跟與其連接的支撐桿呈90度夾角；所述Y方向?qū)к壨ㄟ^螺紋固定在X方向?qū)?軌的滑塊上；所述Z方向?qū)к壨ㄟ^螺紋固定在Y方向?qū)к壍幕瑝K上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述吸聲水槽的內(nèi)表面粘貼吸聲材料，并具有 超大測量范圍，達到X方向1300毫米，Y方向700毫米，Z方向800毫米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述超聲換能器架包括超聲換能器的信號導(dǎo)管和信號導(dǎo)管固定機構(gòu)，所述信號導(dǎo)管固定機構(gòu)通過螺紋固定在z方向?qū)к壍幕瑝K上，所述信號導(dǎo)管由兩個頂絲固定在所述信號導(dǎo)管固定機構(gòu)上，所述信號導(dǎo)管的一端連接有被測超 聲換能器，另一端連接有數(shù)據(jù)處理器和超聲信號激發(fā)接收電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述反射裝置由斜面底座、支架和小鋼球組成， 所述斜面底座的上表面與下表面呈一角度傾斜，所述角度在10度到70度的范圍內(nèi)，并且 所述斜面底座的上表面是光滑的，在所述斜面底座上鉆有一通孔，用于放置支架，并通過 頂絲將支架固定在通孔中，所述小鋼球可以通過焊接或者過盈配合的方式與支架固定，并 且所述小鋼球的表面經(jīng)過拋光處理。
全文摘要
一種超聲液浸換能器聲場自動化測量裝置，尤其適用于超聲水浸換能器聲場的測量。該聲場測量裝置由三維掃查架、吸聲水槽、反射裝置、超聲換能器架、數(shù)據(jù)處理器、三維運動控制器和步進電機構(gòu)成。吸聲水槽位于三維掃查架的內(nèi)部；三維掃查架的三維運動部分在吸聲水槽的上方；反射裝置位于吸聲水槽底面上，處于三維掃查架的三維運動部分的下方；超聲換能器架通過螺紋固定在三維掃查架上；數(shù)據(jù)處理器與被測超聲換能器之間用信號線連接；三維運動控制器與步進電機之間用信號線和電源線連接；步進電機通過螺紋固定在三維掃查架上。本裝置操作方便，自動化程度高，結(jié)構(gòu)簡單，并且成本較低。
文檔編號G01H17/00GK101398328SQ20081017197
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者周世圓, 徐圓飛, 徐春廣, 婧 武, 肖定國, 賈玉平, 娟 郝, 裕 龔 申請人:北京理工大學(xué)