[发明专利]一种测量超声换能器振动模态的系统及方法

说明书

本发明涉及一种测量超声换能器振动模态的系统及方法，该系统包括：超声换能器，以及在超声换能器辐射面对面平行布置的一个透明反射面；超声换能器与透明反射面中间的薄层空间内充满液体；通过向薄层空间内注入气核，进而形成铺满整个薄层空间的过饱和空化云；通过摄影装置拍摄过饱和空化云的分布情况，从而识别超声换能器辐射面的振动模态。本发明提供的一种测量超声换能器振动模态的系统及方法实现了简单方便低成本的识别超声换能器在带有负载的接近真实工作状态的振动模态，可以满足工业企业对超声换能器的设计和验证需求。

技术领域

本发明涉及功率型超声换能器领域，尤其是一种测量超声换能器振动模态的系统及方法。

背景技术

现有技术中测量超声换能器振动模态的方法是利用激光测振仪或者传统的千分尺对振幅直接进行测量，但是目前除了科研单位，很少有工业企业对换能器的振动模态进行测量，原因之一是激光测振仪价格昂贵，而传统的千分尺方法只能测量一个点的振幅，要想获得整个振动模态费时费力，且误差极大，甚至无法识别；另一个原因是激光测振仪只适合测量在空气中的小振幅振动，因为激光在液体中的衰减以及容器壁面的反射，难以实现对带有负载的工作状态下的超声换能器的振动模态进行测量，而千分尺更无法实现这一点。所以需要一种低成本的，可以简单方便的对带有负载的真实工作状态下的换能器的振动模态进行识别的技术，以满足工业企业和科研单位对测量换能器辐射面振动模态的需求。传统的方法是在空气中测量换能器的振动模态，但是，空气作为负载，负载比较小，因而换能器的振幅小，导致部分换能器的振动模态无法出现。因此在空气中测量振动模态和水下测量振动模态是不同的。现有技术中，虽然也有技术是通过超声换能器获得空化云，但是未涉及分析空化云的分布以获得超声换能器的振动模态。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中传统的千分尺方法只能测量一个点的振幅，要想获得整个振动模态费时费力，且误差极大，甚至无法识别出换能器振动模态的不足，提供了一种测量超声换能器振动模态系统及方法。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种测量超声换能器振动模态系统，包括：超声换能器，以及在超声换能器辐射面对面平行布置的一个透明反射面；超声换能器与透明反射面中间的薄层空间内充满液体；通过向薄层空间内注入气核，进而形成铺满整个薄层空间的过饱和空化云；通过摄影装置拍摄过饱和空化云的分布情况，从而识别超声换能器辐射面的振动模态。

优选的，超声换能器辐射面与透明反射面之间的距离设置在1mm～1cm。

优选的，上述系统还包括橡胶球和气核罐；橡胶球与气核罐的连接处设置有第一止回阀和第二止回阀，气核罐装有含有气核的液体；通过橡胶球与第一止回阀和第二止回阀向薄层空间内注入气核。

优选的，气核为超声造影剂、自来水、或含有微泡的液体。

优选的，摄影装置为手机、相机或高速摄影机。

第二方面，本发明提供一种测量超声换能器振动模态的方法，应用上述系统，该方法包括以下步骤：固定待测超声换能器辐射面与透明反射面之间的距离，并开启超声换能器，使超声换能器和所述透明反射面中间的液体发生空化形成空化云；当待测超声换能器辐射面与透明反射面之间的薄层空间没有全部被空化云覆盖时，注入气核，并拍摄空化云的变化过程；分析空化云分布的规律，获得超声换能器振幅的空间分布规律。

优选的，当超声换能器和透明反射面中间的液体没有发生空化，则增大超声换能器的功率，直至超声换能器和透明反射面之间的液体发生空化形成空化云。

优选的，当待测超声换能器辐射面与透明反射面之间的薄层空间全部被空化云覆盖时，减小超声换能器的功率，直至待测超声换能器辐射面与透明反射面之间的薄层空间没有全部被空化云覆盖。

优选的，当空化云分布的无规律时，逐渐增加超声换能器辐射面和透明反射面之间的距离，并增大超声换能器的功率，直到超声换能器和透明反射面之间的液体发生空化形成空化云。