CN105891617B - 一种超声波换能器性能测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波换能器性能测试设备，具有第一测试状态和第二测试状态，并包括：控制器，该控制器能够电连接于待测换能器器以驱动该待测换能器发射超声波；第一反射装置，在所述第一测试状态时，第一反射装置将待测换能器发射的超声波反射回待测换能器；参考换能器，控制器电连接于该参考换能器，在所述第二测试状态时，参考换能器接收待测换能器发射的超声波并在控制器驱动下向待测换能器发射超声波；调节装置，该调节装置能够调节以使超声波换能器性能测试设备在第一测试状态和第二测试状态之间切换。本发明的超声波换能器性能测试设备能够对待测换能器的多种参数进行测量，并具有结构简单、使用方便等优点。

Description

一种超声波换能器性能测试设备

技术领域

本发明涉及换能器测试设备，具体地，涉及一种超声波换能器性能测试设备。

背景技术

超声波在介质中传播时会产生许多物理、化学及生物等效应，同时因为超声波穿透力强、方向性好、信息携带量大、易于实现快速准确的无损检测，因而在工业、农业、国防、生物医药等方面得到广泛的应用。

超声波换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将声信号转换为电信号的能量转换器件。它是超声设备中的关键器件，其性能的好坏直接关系到超声应用技术的效果和使用范围。因而无论在换能机理还是工艺设计等方面都受到了人们的长期关注。由于超声技术的应用范围很广，且超声新技术层出不穷，因而超声换能器的种类也很多。按照换能器的工作状态，超声波换能器可分为发射型超声波换能器、接收型超声波换能器和收发两用型超声波换能器。目前，广泛使用压电陶瓷换能器，这种换能器电声转换效率高，原材料价格便宜，制作方便，也不容易老化。

作为一种能量转换器件，超声波换能器性能描述与评价需要许多参数。超声换能器的特性参数包括共振频率、频带宽度、机电耦合系数、电声效率、机械品质因数、阻抗特性、频率特性、指向性、发射及接收灵敏度等。这些参数的选取直接影响到超声波换能器发射信号和接收信号的质量，进而影响其应用的可靠性和准确度。超声波换能器的性能要求比较严格，应用于不同场合或不同用途的换能器对性能参数的要求也不同。例如，对于发射型超声换能器，要求具有大的输出功率和高的能量转换效率，即发射换能器特别要求的性能主要为发射声功率和发射效率；而对于接收型超声换能器，则要求宽的频带和高的灵敏度及分辨率等。因此，在换能器的设计和应用中，必须根据具体的应用环境，对换能器的有关参数进行合理的设计和选择。

目前，国内外普遍采用阻抗相位分析仪对超声换能器的性能进行检测，但这类仪器测量时存在手动设置和功能单一的不足，而且，传统的阻抗分析仪仅可以实现谐振频率等固有参数的测量，无法满足实际生产需求。在某些应用场合，需要测出换能器的最佳工作频率以及在此频率下工作的效率、响应时间、余振等参数。

有鉴于此，有必要设计一种能够实现对超声波换能器的多种参数进行测量的设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超声波换能器性能测试设备，该超声波换能器性能测试设备能够对待测换能器的多种参数进行测量，同时具有结构简单、使用方便等优点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述超声波换能器性能测试设备具有第一测试状态和第二测试状态，并包括：

控制器，该控制器能够电连接于待测换能器1以驱动该待测换能器1发射超声波；

第一反射装置2，在所述第一测试状态时，所述第一反射装置2将所述待测换能器1发射的超声波反射回所述待测换能器1；

参考换能器3，所述控制器电连接于该参考换能器3，在所述第二测试状态时，所述参考换能器3接收所述待测换能器1发射的超声波并在所述控制器驱动下向所述待测换能器1发射超声波；

调节装置4，该调节装置4能够调节以使所述超声波换能器性能测试设备在所述第一测试状态和所述第二测试状态之间切换。通过上述技术方案，本发明的超声波换能器测试设备能够通过调节装置实现在两种测试状态下工作，以能够测量待测换能器的两类参数。其中，在第一测试状态时，控制器驱动待测换能器发射超声波，经过第一反射装置反射后，超声波传播至待测换能器并被该待测换能器接收，经过控制器对超声波信号处理即可得到第一类参数；在第二测试状态时，控制器驱动待测换能器和参考换能器分别向彼此发射超声波，然后控制器处理参考换能器和待测换能器各自接收到的超声波信号即可得到第二类参数。该性能测试设备操作简便，可用于超声波换能器的研发、试验和生产中，对换能器的最佳工作频率、效率、响应时间和余振等工作参数进行测量。

附图说明

附图是用于帮助进一步理解本发明，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1和图2分别是根据本发明优选实施方式的超声波换能器性能测试设备处于第一测试状态和第二测试状态的立体结构示意图；

图3和图4是图1和图2中超声波换能器性能测试设备中滑轨等装置的结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常指附图所示的上、下、左、右位置，使用的方位词“内”、“外”通常指图示结构轮廓的内、外。

参照图1至图4所示，根据本发明具体实施方式的超声波换能器性能测试设备，具有第一测试状态和第二测试状态，并包括：控制器，该控制器能够电连接于待测换能器1以驱动该待测换能器1发射超声波；第一反射装置2，在所述第一测试状态时，所述第一反射装置2将所述待测换能器1发射的超声波反射回所述待测换能器1；参考换能器3，所述控制器电连接于该参考换能器3，在所述第二测试状态时，所述参考换能器3接收所述待测换能器1发射的超声波并在所述控制器驱动下向所述待测换能器1发射超声波；调节装置4，该调节装置4能够调节以使所述超声波换能器性能测试设备在所述第一测试状态和所述第二测试状态间切换。

在上述实施方式中，控制器可以采用单片机、DSP等。调节装置4可以形成为多种结构和形式，例如通过可以调节待测换能器1的位置或朝向、调节第一反射装置2和参考换能器3的位置或者通过改变超声波的传播方向，以使超声波换能器性能测试设备在第一测试状态和第二测试状态之间切换，这些变形实施方式均属于本发明的构思范围，其优选实施方式将在以下详述。

如图1所示，当切换至第一测试状态时，控制器驱动待测换能器1发射超声波，经过第一反射装置2反射后，超声波传播至待测换能器1并被该待测换能器1接收，经过控制器对反射回的超声波信号处理即可得到待测换能器1的第一类参数，如效率、最佳工作频率等；如图2所示，当切换至第二测试状态时，控制器驱动待测换能器1和参考换能器3分别向彼此发射超声波，然后控制器处理参考换能器3和待测换能器1各自接收到的超声波信号即可得到第二类参数，如响应时间、余振等。该性能测试设备操作简便，可用于超声波换能器的研发、试验和生产中。

结合图1至图4，根据本发明一种优选实施方式的超声波换能器性能测试设备中，调节装置4通过调节待测换能器1的位置，以使所述待测换能器1选择性地朝向所述第一反射装置2或所述参考换能器3。

进一步地，调节装置4可以包括滑轨41和安装在该滑轨41上的支撑台42，待测换能器1能够安装在所述支撑台42上并随该支撑台42沿所述滑轨41在所述第一测试状态和所述第二测试状态之间滑动。并且，由于在第一测试状态和第二测试状态时，待测换能器1工作表面的中心需分别与第一反射装置2和参考换能器3的中心严格要求在同一铅垂线上，所以对支撑台42定位的要求较高，为此，可以在所述滑轨41上设置用于将所述支撑台42定位在所述第一测试状态和/或所述第二测试状态的定位装置43。例如，定位装置43可以为分别对应于第一测试状态和第二测试状态设置的两个拉环分度销。作为一种可选实施方式，还可以在滑轨41上对应于第一测试状态和第二测试状态的位置设置挡块(未示出)，以对支撑台42和待测换能器1定位。

另外，如图3和图4所示，由于还可以在支撑台42上设置操纵机构(如推拉式夹钳)，以操纵控制器与待测换能器1的电连接和断开。例如，在支撑台42上设置电连接于控制器的探头，当需要驱动待测换能器1发射超声波时，推动推拉式夹钳即可使探头接触待测换能器1上的触点，以将控制器电连接于待测换能器1，这种设置方式更换待测换能器1以提高测试效率。

为了便于安装上述滑轨41等装置，根据本发明优选实施方式的超声波换能器性能测试设备还可以包括试验箱6，所述第一反射装置2和所述参考换能器3位于所述试验箱6中，所述滑轨41安装在所述试验箱6外侧，并且，所述试验箱6上可以形成有沿平行于所述滑轨41的延伸方向延伸的槽7，所述待测换能器1能够通过该槽7朝向所述第一反射装置2或所述参考换能器3。试验箱6还能防止空气流动等对超声波的传播产生影响，从而保证测试精度。可以理解的是，上述槽7也可以形成为分别对应于第一测试状态和第二测试状态设置的两个孔。

优选地，为了进一步防止空气流动的干扰，本发明的超声波换能器性能测试设备还可以包括导流管5，在所述第二测试状态时，所述导流管5从所述参考换能器3延伸至所述待测换能器1。

以上所述实施方式中的第一反射装置2可以为任意一种能够反射超声波的装置，优选地，第一反射装置2为球面反射镜，以具有较高的反射效率，提高测试精度。

另外，沿着超声波的传播路径，在所述第一测试状态时所述待测换能器1与所述第一反射装置2之间的距离优选为在所述第二测试状态时所述待测换能器1与所述参考换能器3之间的距离的1/2。当第一反射装置2为球面反射镜时，上述待测换能器1与第一反射装置2之间的距离指待测换能器1与球面反射镜最低点之间的距离。当在第一测试状态和第二测试状态对同一待测换能器1测试时，以上设置由于超声波的实际传播距离相等而使测得的参数具有一致性。

以上结合附图描述了本发明的多种优选实施方式，为了更好地理解本发明，以下以效率和响应时间测试为例对本发明的超声波换能器性能测试设备的工作过程进行简单说明，这些说明并不限制本发明的范围。

切换至第一测试状态后，接通控制器与待测换能器1之间的电连接，以驱动待测换能器1发射超声波。该超声波经第一反射装置2反射后被待测换能器1接收，控制器比较待测换能器1发射的超声波和接收的超声波的功率即可得到待测换能器1的效率。

切换至第二测试状态后，分别接通控制器与待测换能器1、控制器与参考换能器3之间的电连接，并分别驱动待测换能器1和参考换能器3发射超声波，控制器比较参考换能器3和待测换能器1接收到彼此发射出的超声波信号时间即可得到待测换能器1相对于参考换能器3的响应时间。

以上结合附图详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外，在不矛盾的情况下，可以对上述具体实施方式中所描述的具体技术特征和各个不同实施方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，这些组合同样属于本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述超声波换能器性能测试设备具有第一测试状态和第二测试状态，并包括：

控制器，该控制器能够电连接于待测换能器(1)以驱动该待测换能器(1)发射超声波；

第一反射装置(2)，在所述第一测试状态时，所述第一反射装置(2)将所述待测换能器(1)发射的超声波反射回所述待测换能器(1)；

参考换能器(3)，所述控制器电连接于该参考换能器(3)，在所述第二测试状态时，所述参考换能器(3)接收所述待测换能器(1)发射的超声波并在所述控制器驱动下向所述待测换能器(1)发射超声波；

调节装置(4)，该调节装置(4)能够调节以使所述超声波换能器性能测试设备在所述第一测试状态和所述第二测试状态之间切换。

2.根据权利要求1所述的超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述调节装置(4)通过改变超声波的传播方向以选择性地在所述第一测试状态或所述第二测试状态之间切换。

3.根据权利要求2所述的超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述待测换能器(1)朝向所述第一反射装置(2)和所述参考换能器(3)中的一者，所述调节装置(4)为能够设置于所述待测换能器(1)与所述一者之间以使所述待测换能器(1)发射的超声波传播至所述第一反射装置(2)和所述参考换能器(3)。

4.根据权利要求1所述的超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述调节装置(4)通过调节所述第一反射装置(2)和所述参考换能器(3)的位置，以选择性地使所述待测换能器(1)朝向所述第一反射装置(2)或所述参考换能器(3)。

5.根据权利要求1所述的超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述调节装置(4)通过调节所述待测换能器(1)的位置，以使所述待测换能器(1)选择性地朝向所述第一反射装置(2)或所述参考换能器(3)。

6.根据权利要求5所述的超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述调节装置(4)包括滑轨(41)和安装在该滑轨(41)上的支撑台(42)，所述待测换能器(1)能够安装在所述支撑台(42)上并随该支撑台(42)沿所述滑轨(41)在所述第一测试状态和所述第二测试状态之间滑动，并且，所述超声波换能器性能测试设备还包括用于将所述支撑台(42)定位在所述第一测试状态和/或所述第二测试状态的定位装置(43)。

7.根据权利要求6所述的超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述超声波换能器性能测试设备还包括试验箱(6)，所述第一反射装置(2)和所述参考换能器(3)位于所述试验箱(6)中，所述滑轨(41)安装在所述试验箱(6)外侧，并且，所述试验箱(6)上形成有沿平行于所述滑轨(41)的延伸方向延伸的槽(7)，所述待测换能器(1)能够通过该槽(7)朝向所述第一反射装置(2)或所述参考换能器(3)。

8.根据权利要求7所述的超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述超声波换能器性能测试设备还包括导流管(5)，在所述第二测试状态时，所述导流管(5)从所述参考换能器(3)延伸至所述待测换能器(1)。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的超声波换能器性能测试设备，其特征在于，所述第一反射装置(2)为球面反射镜。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的超声波换能器性能测试设备，其特征在于，沿着超声波的传播路径，在所述第一测试状态时所述待测换能器(1)与所述第一反射装置(2)之间的距离为在所述第二测试状态时所述待测换能器(1)与所述参考换能器(3)之间的距离的1/2。