[发明专利]校验超声水浸压电探头的方法及装置

说明书

本发明公开了一种校验超声水浸压电探头的方法及装置，该方法包括：连接脉冲发生器和具有固定阻抗的外接电阻，测量输入的电流信号；分离所述脉冲发生器和所述外接电阻，连接脉冲发生器和探头，测量流经探头的输出电流信号；获取声传播函数、声辐射阻抗、外接电阻的阻值和脉冲发生器的阻值；将外界电阻、脉冲发生器的阻值和乘以输出电流信号得到第一乘积，将输入的电流信号、声传播函数和声辐射阻抗三者相乘得到第二乘积，将第一乘积除以第二乘积后开根号，得到所述探头的灵敏度。本发明提出的技术方案只需测量电流信号即可测得探头灵敏度，简化了实验流程，并解决常规电路中“阻抗不匹配”的难题。

技术领域

本发明涉及超声水浸压电探头技术领域，尤其涉及一种校验超声水浸压电探头的方法及装置。

背景技术

诸如平面、点聚焦和线聚焦等超声水浸压电探头广泛应用于超声无损检测领域。超声探头在检测过程中起着传播和接收超声波信号，转换声波信号和电信号的作用。探头的灵敏度是描述探头转换声电能力和评价探头带宽的一个重要参数。因此，测量探头灵敏度是评判超声探头一致性、评价检测系统检测能力的一个重要环节。

当前存在多种校验超声探头灵敏度的方法，如利用激光干涉仪测量探头辐射声场的声震动幅值位移，计算探头的灵敏度；或者利用水听器测量超声探头中心轴线上远场的声压，根据声压情况反求探头灵敏度。但是上述两种方法需要昂贵的仪器，而且需要提前对该昂贵仪器进行校验，即探头灵敏度的测量依赖于先前的校验结果。

互易理论仅需要使用超声相关检测装置，无需使用其它昂贵设备，因此该方法已被广泛应用于超声探头灵敏度的测量。典型的互易校验方法需要使用三个相同的超声探头，利用不同探头组合进行三组测量实验，最终得到一个探头的灵敏度。与此相比，自互易校验方法仅需要一个被校验的探头，无需考虑双探头的对正要求，因此该方法在实施过程中更具有优势。

常用的自互易校验方法需要测量流入和流出探头的电流和电压，但研究显示，由于在脉冲反射电路中信号发生器/线缆/探头之间阻抗不匹配的原因，流入和流出探头的电信号之间将相互叠加使得信号失真。该信号的失真将导致探头灵敏度测量结果出现误差，因此实际校验中必须消除该信号失真特性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种校验超声水浸压电探头的方法及装置，其简化了现有的脉冲反射法实验流程，可消除电路阻抗不匹配带来的误差。

为实现上述目的，本发明提供的一种校验超声水浸压电探头的方法，包括：

连接脉冲发生器和具有固定阻抗的外接电阻，测量输入的电流信号；

分离所述脉冲发生器和所述外接电阻，连接脉冲发生器和探头，测量流经探头的输出电流信号；

获取声传播函数、声辐射阻抗、外接电阻的阻值和脉冲发生器的阻值；

将外界电阻、脉冲发生器的阻值和乘以输出电流信号得到第一乘积，将输入的电流信号、声传播函数和声辐射阻抗三者相乘得到第二乘积，将第一乘积除以第二乘积后开根号，得到所述探头的灵敏度。

优选地，所述获取声传播函数的步骤包括：

获取超声波由探头传至反射体并被反射至探头间的距离、探头的有效半径和探头的有效焦距；

通过以下公式来计算声传播函数：

式中，t_a(z,ω)为不同距离下频域下的声传播函数，R₁₂表示水-反射体界面的反射系数，k表示水中波数，z表示为超声波由探头传至反射体并被反射至探头间的距离，α_f为衰减系数，a表示探头的有效半径，D_R为瑞利距离，A 和B表示为25组高斯系数；