CN103323687A - 超声换能器频响特性的间接测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种超声换能器频响特性的间接测量方法。在对超声换能器的频响特性进行测量时，首先利用精密阻抗分析仪测量超声换能器的电阻抗频谱，然后依据电阻抗频谱计算得到换能器的频响曲线，从而得到换能器的中心频率、带宽等性能参数。本方法只需测量超声换能器的电阻抗频谱，可同时得到超声换能器的电阻抗特性和频响特性，可提高超声换能器特性测量的效率。本发明为获得超声换能器的频响特性提供了一种新方法。

Description

超声换能器频响特性的间接测量方法

一、技术领域

本发明涉及了一种超声换能器频响特性的间接测量方法。该方法通过测量超声换能器的电阻抗特性计算得到换能器的频响特性。

二、背景技术

在超声无损检测中，缺陷检测的有效性和准确性主要由超声换能器的性能参数决定，因此，在无损检测前，通过测量掌握超声换能器的特性参数是十分重要和必须进行的工作。

超声换能器的特性主要包括频域响应特性、电阻抗特性、声场特性等，为确保检测的准确性，在无损检测前，需要对超声换能器这三方面的特性进行测量。

频域响应特性是超声换能器的重要特性，决定换能器的轴向分辨力以及灵敏度等性能。现阶段换能器的频响特性测量方法如下：使用平面反射体作为反射靶，垂直于探头轴线放在离探头的距离接近探头近场长度N₀或焦距F_L处，换能器接收反射体的回波信号，对回波信号进行频谱分析得到超声换能器的频响特性。本发明建立的方法通过测量超声换能器的电阻抗频谱计算得到换能器的频响特性，不需要使用脉冲收发仪等仪器，简化了超声换能器特性测量系统的构成，提高了测量效率。

三、发明内容：

本发明的目的是在利用精密阻抗分析仪测得超声换能器的电阻抗后，计算得到换能器频响特性，减少换能器特性测量的项目。

在一定频率范围内，超声换能器可以等效为一复阻抗。因此，整个超声无损检测系统可以等效为一有源电路的形式，如图1所示。

图中：

U_s(f)，R_s分别为激励电源的电压和内阻

Z_in为超声换能器的等效电阻抗

对于图1可以得到超声换能器等效电阻抗的功率表达式：

$W\left(f\right)={\left|U_s\left(f\right)\right|}^2\frac{R\left(f\right)}{{(R\left(f\right)+R_s)}^2+X^2\left(f\right)}$

根据换能器频率响应的定义，换能器输出功率随频率的变化可以表示其频响特性，因此，换能器的频响可以用上式来计算。

四、附图说明：

图1超声无损探伤系统的等效电路

图2精密阻抗分析仪对PANAMETRICS公司型号为V101换能器电阻抗测量曲线

图3PANAMETRICS公司型号为V101超声换能器的频响曲线

五、具体实施方式：

本发明需要实测超声换能器的电阻抗特性，通过电阻抗频谱计算得到换能器的频响特性，具体实施步骤如下：

1.利用精密阻抗分析仪测量得到换能器随频率变化的电阻抗值，

2.利用电阻抗频谱计算得到换能器的频响曲线，

3.根据换能器频响曲线得到换能器的中心频率、带宽等性能参数。

实施例：

利用精密阻抗分析仪对美国PANAMETRICS公司生产的一个固体接触式压电超声换能器进行电阻抗测量，换能器的型号为V101，序列号为603317，中心频率为0.5MHz。实验测得V101超声换能器的电阻抗频谱如图2所示。

将测量得到的电阻抗频谱数值带入公式计算，得到V101超声换能器的频响曲线如图3所示。

由图3中的频响曲线，可按定义进一步计算出V101超声换能器的中心频率为0.49MHz，带宽为87％。

Claims (3)

1.超声换能器频响特性的间接测量方法，其特征在于：利用测得的换能器电阻抗特性计算其频响特性。

2.根据权利要求1所述的频响特性间接测量方法，基于超声换能器电阻抗R(f)+jX(f)的频响特性W(f)表示如下：

$W\left(f\right)={\left|U_s\left(f\right)\right|}^2\frac{R\left(f\right)}{{(R\left(f\right)+R_S)}^2+X^2\left(f\right)}$

3.根据权利要求1所述的频响特性间接测量方法，在计算得到换能器的频响特性后，可以进一步计算得到换能器的中心频率、带宽等性能参数。

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