CN103884416A - 一种超声波声学系统输出端振幅测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波声学系统输出端振幅测量装置及方法，现有技术存在对振幅位移的标定和校准比较困难和精度较差的问题，该装置包括底板、步进电机、精密微距测量仪、测量仪支架、套筒、激光发射器、传感器支架、激光传感器、主支架、固定板、法兰盘、变幅杆、压电换能器、超声波发生器和单片机控制系统。本发明的测量装置，操作方便，可以提高测量的精度，适用于任何频率和振幅的超声波声学系统输出端振幅的测量，适用广泛。

Description

一种超声波声学系统输出端振幅测量装置及方法

技术领域

    本发明属于测量领域，具体涉及一种超声波声学系统输出端振幅测量装置及方法。

背景技术

现今超声加工广泛用于应用于工业、农业、国防、医药卫生和环境保护等领域，并在不断地扩大新的应用领域。

超声波声学系统输出端振幅是超声振动加工中表征超声系统输出功率大小的重要性能指标，由于变幅杆输出功率的大小正比于其振幅位移的平方值,测出超声变幅杆振幅就可以求得功率超声的声强等,对超声及相关研究极有意义。但目前有关超声变幅杆振幅位移测量方法的报道并不很多。已知的振幅位移测量最直接的方法是用光学方法。如用长焦距显微镜在振动端面直接观测, 对振幅大于10μm 的测量较为方便; 小振幅精确测量可用激光干涉的方法来测量, 利用反馈调制激光测振仪测量小振动的振幅位移可以不用激光全息或干涉仪等专门的仪器, 但对振幅位移的标定和校准比较困难。另外, 振幅测量还可以用拾振器, 但这种方法也需要标定。有时可用一种比较古老但有效的方法测定较大振幅下变幅杆的位移节点, 即使用细而质轻的粉末撒在变幅杆的表面( 杆水平放置) ,然后在共振频率上激起短时间的振动, 则粉末会在波节附近集结。这种方法虽然直观、便捷，但精度较差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种超声波声学系统输出端振幅测量装置及方法。

一种超声波声学系统输出端振幅测量装置，包括底板、步进电机、精密微距测量仪、测量仪支架、套筒、激光发射器、传感器支架、激光传感器、主支架、固定板、法兰盘、变幅杆、压电换能器、超声波发生器和单片机控制系统。

所述的底板上开有螺纹孔，测量仪支架通过螺纹连接的方式固定在底板的一侧，套筒焊接在测量仪支架上，精密微距测量仪固定在套筒上，精密微距测量仪下部与步进电机的输出轴相连，步进电机固定在底板上，激光发射器固定在精密微距测量仪上端，随精密微距测量仪一起在垂直方向运动，传感器支架通过螺纹连接的方式固定在底板的另一侧，激光传感器固定在传感器支架上，两个主支架在通过螺纹连接的方式固定在底板的中间，固定板固定设置在主支架上端，变幅杆通过法兰盘固定在固定板中间，压电换能器固定在变幅杆上，超声波发生器通过导线连接到压电换能器两个铜片电极，激光发射器和激光传感器同时连接到单片机控制系统。

所述的激光传感器的响应频率大于20KHz。

一种超声波声学系统输出端振幅测量方法，具体包括以下步骤：

步骤一：先打开激光发射器和激光传感器，单片机控制系统发出驱动指令，驱动步进电机转动，激光发射器跟随精密微距测量仪上端向上运动，当激光传感器刚好接收不到信号时，此时激光束和变幅杆下端在同一水平线上，单片机控制系统发出停止指令，步进电机停止转动，记下此时精密微距测量仪的读数H₁。

步骤二：打开超声波发生器，此时超声波声学系统开始振动，激光传感器检测到有频率的激光信号，单片机控制系统驱动步进电机反转，激光发生器开始向下运动，当激光传感器检测到有频率的激光信号刚好变为0频率的激光信号时，单片机控制系统控制步进电机停转，此时激光束与与变幅杆振幅处处在同一水平位置，记下此时精密微距测量仪的读数H₂。

步骤三：测量得到的数据按下式计算超声波声学系统输出端的振幅：

振幅H=H₂-H₁   。

本发明的有益效果：本发明的测量装置，操作方便，可以提高测量的精度，适用于任何频率和振幅的超声波声学系统输出端振幅的测量，适用广泛。

附图说明

图1是超声波声学系统输出端振幅测量装置的示意图；

图2是超声波声学系统输出端振幅测量装置的主视图；

图3是超声波声学系统输出端振幅测量装置的俯视图；

图4是超声波声学系统输出端振幅测量装置的左视图。

图中，底板1、步进电机2、精密微距测量仪3、测量仪支架4、套筒5、激光发射器6、传感器支架7、激光传感器8、主支架9、固定板10、法兰盘11、变幅杆12、压电换能器13、超声波发生器14、单片机控制系统15。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种超声波声学系统输出端振幅测量装置，包括底板1、步进电机2、精密微距测量仪3、测量仪支架4、套筒5、激光发射器6、传感器支架7、激光传感器8、主支架9、固定板10、法兰盘11、变幅杆12、压电换能器13、超声波发生器14和单片机控制系统15。

如图2、3、4所示，底板1上开有螺纹孔，测量仪支架4通过螺纹连接的方式固定在底板1的一侧，套筒5焊接在测量仪支架4上，精密微距测量仪3固定在套筒5上，精密微距测量仪3下部与步进电机2的输出轴相连，步进电机2固定在底板1上，激光发射器6固定在精密微距测量仪3上端，随精密微距测量仪3一起在垂直方向运动，传感器支架7通过螺纹连接的方式固定在底板1的另一侧，激光传感器8固定在传感器支架7上，两个主支架9在通过螺纹连接的方式固定在底板1的中间，固定板10固定设置在主支架9上端，变幅杆12通过法兰盘11固定在固定板10中间，压电换能器13固定在变幅杆12上，超声波发生器14通过导线连接到压电换能器13两个铜片电极，激光发射器6和激光传感器8同时连接到单片机控制系统15。

一种超声波声学系统输出端振幅测量步骤如下：

步骤一：先打开激光发射器6和激光传感器8，单片机控制系统15发出驱动指令，驱动步进电机2转动，激光发射器6跟随精密微距测量仪3上端向上运动，当激光传感器8刚好接收不到信号时，此时激光束和变幅杆12下端在同一水平线上，单片机控制系统15发出停止指令，步进电机2停止转动，记下此时精密微距测量仪3的读数H₁。

步骤二：打开超声波发生器14，此时超声波声学系统开始振动，激光传感器8检测到有频率的激光信号，单片机控制系统15驱动步进电机2反转，激光发生器6开始向下运动，当激光传感器8检测到有频率的激光信号刚好变为0频率的激光信号时，单片机控制系统15控制步进电机6停转，此时激光束与与变幅杆12振幅处处在同一水平位置，记下此时精密微距测量仪3的读数H₂。

步骤三：测量得到的数据按下式计算超声波声学系统输出端的振幅：

   振幅H=H₂-H₁  。

Claims (3)

1.一种超声波声学系统输出端振幅测量装置，包括底板、步进电机、精密微距测量仪、测量仪支架、套筒、激光发射器、传感器支架、激光传感器、主支架、固定板、法兰盘、变幅杆、压电换能器、超声波发生器和单片机控制系统；

其特征在于：所述的底板上开有螺纹孔，测量仪支架通过螺纹连接的方式固定在底板的一侧，套筒焊接在测量仪支架上，精密微距测量仪固定在套筒上，精密微距测量仪下部与步进电机的输出轴相连，步进电机固定在底板上，激光发射器固定在精密微距测量仪上端，随精密微距测量仪一起在垂直方向运动，传感器支架通过螺纹连接的方式固定在底板的另一侧，激光传感器固定在传感器支架上，两个主支架在通过螺纹连接的方式固定在底板的中间，固定板固定设置在主支架上端，变幅杆通过法兰盘固定在固定板中间，压电换能器固定在变幅杆上，超声波发生器通过导线连接到压电换能器两个铜片电极，激光发射器和激光传感器同时连接到单片机控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种超声波声学系统输出端振幅测量装置，其特征在于：所述的激光传感器的响应频率大于20KHz。

3.一种超声波声学系统输出端振幅测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：先打开激光发射器和激光传感器，单片机控制系统发出驱动指令，驱动步进电机转动，激光发射器跟随精密微距测量仪上端向上运动，当激光传感器刚好接收不到信号时，此时激光束和变幅杆下端在同一水平线上，单片机控制系统发出停止指令，步进电机停止转动，记下此时精密微距测量仪的读数H₁；

步骤二：打开超声波发生器，此时超声波声学系统开始振动，激光传感器检测到有频率的激光信号，单片机控制系统驱动步进电机反转，激光发生器开始向下运动，当激光传感器检测到有频率的激光信号刚好变为0频率的激光信号时，单片机控制系统控制步进电机停转，此时激光束与与变幅杆振幅处处在同一水平位置，记下此时精密微距测量仪的读数H₂；

步骤三：测量得到的数据按下式计算超声波声学系统输出端的振幅：

振幅H=H₂-H₁   。

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