專利名稱：超聲液浸換能器聲場精密測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲液浸換能器聲場的精密測量裝置，尤其涉及一種超聲水浸換能器聲 場的精密測量裝置。
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)，所以掌握超聲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。
經(jīng)過現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號CN1461942A，
公開日為2003年12月 17日的發(fā)明專利申請"聲場測量裝置"，該申請采用手動(dòng)單點(diǎn)測量聲場，這個(gè)裝置不利于操 作、誤差較大而且效率較低；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(jià)格 昂貴，操作復(fù)雜，不適合大范圍的推廣應(yīng)用，而且水聽器的敏感元件是有一定尺寸的，測量 得到的是水聽器敏感元件這一尺寸大小內(nèi)的總聲壓，測量精度不高。

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(dòng)化程 度高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，精度高的聲場測量裝置，實(shí)現(xiàn)對超聲液浸換能器聲場的精確測量。
本發(fā)明所述的超聲液浸換能器聲場精密測量裝置包括三維掃査架、吸聲水槽、反射斜 面座、鉆有通孔的小鋼球、沒有鉆孔的小鋼球、小鋼球支架、超聲換能器架、數(shù)據(jù)處理存儲 器、三維運(yùn)動(dòng)控制器、步進(jìn)電機(jī)。吸聲水槽位于三維掃査架的內(nèi)部；三維掃査架的三維運(yùn)動(dòng) 部分在吸聲水槽的上方；反射斜面座位于吸聲水槽底面上，處于三維掃査架的三維運(yùn)動(dòng)部分 的下方；鉆有通孔的小鋼球固定于一個(gè)小鋼球支架上；沒有鈷孔的小鋼球固定于另一個(gè)小鋼 球支架上；小鋼球支架固定于反射斜面座上；超聲換能器架通過螺紋固定在三維掃查架上； 數(shù)據(jù)處理存儲器與被測超聲換能器之間用信號線連接；三維運(yùn)動(dòng)控制器與步進(jìn)電機(jī)之間用信 號線和電源線連接；步進(jìn)電機(jī)通過螺紋固定在三維掃查架上。
所述三維掃查架具有四根支撐桿，兩frX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(gè)地角螺母，可實(shí)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卯度夾角。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，吸聲水槽具有超大測量范圍，達(dá)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(jī)構(gòu)，信號導(dǎo)管固定機(jī)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(gè)頂絲固定在固定機(jī)構(gòu)上。信號導(dǎo)管的 一端接有被測超聲換能器，另一端接有數(shù)據(jù)處理存儲器和超聲信號激發(fā)接收電路。
所述反射斜面座的上表面相對于水平的下表面呈30度傾斜，并且反射斜面座的上表面是 光滑的，雖然本實(shí)施例中是采用30度傾斜，但通過實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在10度到70度的范圍內(nèi) 都是可以的；在該反射斜面座上鉆有一通孔，用于放置小鋼球支架，并通過頂絲將小鋼球支 架固定在通孔中。
所述鉆有通孔的小鋼球可以通過焊接或者過盈配合的方式與小鋼球支架固定，并且小鋼 球的表面經(jīng)過拋光處理，小鋼球的通孔中填充吸聲材料。
所述沒有鉆孔的小鋼球可以通過焊接或者過盈配合的方式與小鋼球支架固定，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量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測量裝置中的三維掃查架的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測量裝置中的超聲換能器架的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測量裝置中的反射斜面座的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測量裝置中的鉆有通孔的小鋼球的結(jié)構(gòu)示意以及
圖6是本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場測量裝置中的沒有鉆孔的小鋼球的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
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如圖1所示，本發(fā)明所述超聲液浸換能器聲場精密測量裝置由三維掃査架1、吸聲水槽2、 反射斜面座3、鉆有通孔的小鋼球4、沒有鉆孔的小鋼球5、小鋼球支架6a、 6b、超聲換能器 架7、數(shù)據(jù)處理存儲器8、三維運(yùn)動(dòng)控制器9、步進(jìn)電機(jī)IO。吸聲水槽2位于三維掃查架1的 內(nèi)部，三維掃查架1的三維運(yùn)動(dòng)部分在吸聲水槽2的上方；反射斜面座3位于吸聲水槽2底 面上，處于三維掃查架1的三維運(yùn)動(dòng)部分的下方；超聲換能器架7通過螺紋固定在三維掃查 架l上；數(shù)據(jù)處理存儲器8與被測超聲換能器20之間用信號線連接；三維運(yùn)動(dòng)控制器9與步 進(jìn)電機(jī)10之間用信號線和電源線連接；步進(jìn)電機(jī)10通過螺紋固定在三維掃查架1上。
如圖2所示，三維掃查架1的四根支撐桿1通過螺紋連接四個(gè)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(gè)步進(jìn)電機(jī)10通過螺紋分別與X方向?qū)к?3中的一根、Y方向 導(dǎo)軌15、Z方向?qū)к?7連接。采用了所述步進(jìn)電機(jī)的超聲液浸換能器精密測量裝置操作方便， 自動(dòng)化程度高。雖然本實(shí)施例中采用的是步進(jìn)電機(jī)，但是也可以采用伺服電機(jī)。
如圖3所示，超聲換能器架7由信號導(dǎo)管71和信號導(dǎo)管固定機(jī)構(gòu)72組成，信號導(dǎo)管固 定機(jī)構(gòu)72通過螺紋固定在Z方向?qū)к?7的滑塊18上，信號導(dǎo)管71由兩個(gè)頂絲固定在信號 導(dǎo)管固定機(jī)構(gòu)72上。信號導(dǎo)管71的一端接有被測超聲換能器20，另一端接有數(shù)據(jù)處理存儲 器8和超聲信號激發(fā)接收電路80。
如圖4所示，反射斜面座3的上表面31與水平的下表面32呈30度傾斜，反射斜面座3 的上表面31是光滑的并具有大于被測超聲換能器20尺寸的尺寸，雖然本實(shí)施例中是采用30 度傾斜，但通過實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在10度到70度的范圍內(nèi)都是可以的。在反射斜面座3的中 心鉆有一通孔33，小鋼球支架6a/6b放置于通孔33中，并用頂絲將其固定。雖然本實(shí)施例中 是在反射斜面座3的中心鉆有通孔33，但并不僅限于中心位置。
如圖5所示，鉆有通孔的小鋼球4可以通過焊接或者過盈配合的方式與小鋼球支架6b固 定，并且小鋼球4經(jīng)過拋光處理，小鋼球4的通孔中填充吸聲材料。
如圖6所示，沒有鉆孔的小鋼球5可以通過焊接或者過盈配合的方式與小鋼球支架6a固 定，并且小鋼球5經(jīng)過拋光處理。采用所述鉆有通孔的小鋼球和沒有鉆孔的小鋼球的本發(fā)明 的超聲液浸換能器聲場精密測量裝置操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，而且測量精度高。
測量過程分為三步，第一步將被測超聲換能器20連接到信號導(dǎo)管71的下端，將沒有 鉆孔的小鋼球5與小鋼球支架6a固定，將小鋼球支架6a放在反射斜面座3的通孔33中，用 頂絲將其固定，將所述反射斜面座3放在被測超聲換能器20的正下方，沒有鉆孔的小鋼球5 正對著被測超聲換能器20的超聲發(fā)射面，被測超聲換能器20產(chǎn)生的脈沖超聲波在傳播中遇 到?jīng)]有鉆孔的小鋼球5后,就會被沒有鉆孔的小鋼球5反射回去并被被測超聲換能器20接收， 由于被測超聲換能器20的接收面是有一定尺寸的，所以沒有鉆孔的小鋼球5的一小塊區(qū)域所 反射的超聲波能夠被被測超聲換能器20接收，被測超聲換能器20將接收到的信號傳送到數(shù) 據(jù)處理存儲器8中，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理存儲器8的處理而得到聲壓值，并將此聲壓值存儲下來。 當(dāng)反射斜面座3靜止時(shí)，由三維運(yùn)動(dòng)控制器9控制步進(jìn)電機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)10帶動(dòng)X、
Y和Z方向?qū)к?3、 15和17運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)被測超聲換能器20相對于沒有鉆孔的小鋼球5 進(jìn)行空間三維運(yùn)動(dòng)，則這樣就可以測得被測超聲換能器20的三維聲場中每一測量點(diǎn)處沒有鉆 孔的小鋼球5反射的聲壓值。
沒有被沒有鉆孔的小鋼球5反射的超聲波會繼續(xù)向前傳播到反射斜面座3的上表面31 上，由于反射斜面座3的上表面31與下表面32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，使得被測超聲換能器20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。
第二步將被測超聲換能器20連接到信號導(dǎo)管71上，將鉆有通孔的小鋼球4與小鋼球 支架6b固定，值得說明的是，鉆有通孔的小鋼球4與沒有鉆孔的小鋼球5的尺寸是一樣的， 將小鋼球支架6b放在反射斜面座3的通孔33中，用頂絲將其固定，將所述反射斜面座3放 在被測超聲換能器20的正下方，鉆有通孔的小鋼球4的通孔正對著被測超聲換能器20的超 聲發(fā)射面，被測超聲換能器20產(chǎn)生的脈沖超聲波在傳播中遇到鉆有通孔的小鋼球4后，就會 被鉆有通孔的小鋼球4反射，同樣被測換能器20只能接收到鉆有通孔的小鋼球4的一小塊區(qū) 域反射的超聲波，并且這一小塊區(qū)域還不包括鉆有通孔的小鋼球4上的通孔區(qū)域，通孔區(qū)域 的超聲波已經(jīng)被通孔內(nèi)的吸聲材料吸收了，被測超聲換能器20將接收到的信號傳送到數(shù)據(jù)處 理存儲器8中，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理存儲器8的處理而得到聲壓值，并將此聲壓值存儲下來。與第 一步中一樣，可以通過步進(jìn)電機(jī)10帶動(dòng)被測超聲換能器20相對于鉆有通孔的小鋼球4進(jìn)行 空間三維運(yùn)動(dòng)，則這樣就可以測得被測超聲換能器20的三維聲場中每一測量點(diǎn)處鉆有通孔的 小鋼球4反射的聲壓值。與第一步中一樣沒有被鉆有通孔的小鋼球4反射的超聲波也不會影 響超聲換能器聲場的測量結(jié)果。
第三步將存儲的每個(gè)測量點(diǎn)處的沒有鉆孔的小鋼球5反射的聲壓值減去鉆有通孔的小 鋼球4反射的聲壓值，就能得到鉆有通孔的小鋼球4的通孔直徑大小的聲壓值，當(dāng)通孔越小 時(shí)，計(jì)算得到的聲壓值就越接近一點(diǎn)的聲壓值，這比直接用小鋼球反射式測量和水聽器測量 的精度要高。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證當(dāng)鉆有通孔的小鋼球4的通孔直徑小于二十分之一的被測超聲換 能器20的直徑，并且小鋼球4的直徑小于八分之一的被測超聲換能器20的直徑時(shí)，可以得 到較好的測量結(jié)果。
權(quán)利要求
1. 一種超聲液浸換能器聲場精密測量裝置，其特征在于其包括三維掃查架、吸聲水槽、反射斜面座、鉆有通孔的小鋼球、沒有鉆孔的小鋼球、小鋼球支架、超聲換能器架、數(shù)據(jù)處理存儲器、三維運(yùn)動(dòng)控制器、步進(jìn)電機(jī)，其中，吸聲水槽位于三維掃查架的內(nèi)部；三維掃查架的三維運(yùn)動(dòng)部分在吸聲水槽的上方；反射斜面座位于吸聲水槽底面上，處于三維掃查架的三維運(yùn)動(dòng)部分的下方；鉆有通孔的小鋼球固定于一個(gè)小鋼球支架上；沒有鉆孔的小鋼球固定于另一個(gè)小鋼球支架上；小鋼球支架固定于反射斜面座上；超聲換能器架通過螺紋固定在三維掃查架上；數(shù)據(jù)處理存儲器與被測超聲換能器之間用信號線連接；三維運(yùn)動(dòng)控制器與步進(jìn)電機(jī)之間用信號線和電源線連接；步進(jìn)電機(jī)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?，四根支撐桿通過螺紋連接四個(gè)地角螺母， 可實(shí)現(xiàn)四根支撐桿高度的調(diào)整；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；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 導(dǎo)軌通過螺紋固定在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，吸聲水槽具有超大測量范圍，達(dá)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1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(jī)構(gòu)，信號導(dǎo)管固定機(jī)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(gè)頂絲固定在固定機(jī)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)處理存 儲器和超聲信號激發(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斜面座的上表面相對于水平的下表面 呈角度傾斜，所述角度在10度到70度的范圍內(nèi)，并且反射斜面座的上表面是光滑的；在該反射斜面座上鉆有一通孔，用于放置小鋼球支架，并通過頂絲將小鋼球支架固定在通孔中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述鉆有通孔的小鋼球可以通過焊接或者過盈 配合的方式與小鋼球支架固定，并且小鋼球的表面經(jīng)過拋光處理，小鋼球的通孔中填充吸聲材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述沒有鉆孔的小鋼球可以通過焊接或者過盈 配合的方式與小鋼球支架固定，并且小鋼球的表面經(jīng)過拋光處理。
全文摘要
一種超聲液浸換能器聲場的精密測量裝置，尤其適用于超聲水浸換能器聲場的測量。裝置由三維掃查架、吸聲水槽、反射斜面座、鉆有通孔的小鋼球、沒有鉆孔的小鋼球、小鋼球支架、超聲換能器架、數(shù)據(jù)處理存儲器、三維運(yùn)動(dòng)控制器和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成。吸聲水槽位于三維掃查架內(nèi)部；三維掃查架的運(yùn)動(dòng)部分在吸聲水槽的上方；反射斜面座位于吸聲水槽底面上；鉆有通孔的小鋼球和沒有鉆孔的小鋼球分別固定于小鋼球支架上；小鋼球支架固定于反射斜面座上；超聲換能器架通過螺紋固定在三維掃查架上；數(shù)據(jù)處理存儲器與被測超聲換能器之間用信號線連接；與三維運(yùn)動(dòng)控制器連接的步進(jìn)電機(jī)通過螺紋固定在三維掃查架上。本裝置操作方便，自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，精度高。
文檔編號G01H3/00GK101387545SQ20081017229
公開日2009年3月18日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者周世圓, 徐圓飛, 徐春廣, 肖定國, 賈玉平, 娟 郝, 裕 龔 申請人:北京理工大學(xué)