CN217845392U - 一种冲击波声场测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冲击波声场测量系统，包括：测试槽，其中注有液体耦合剂；多轴移动机构，固定在测试槽上；传感器单元，传感器单元安装在多轴移动机构上，多轴移动机构用于控制传感器单元在测试槽内移动；发生器固定结构，设置在测试槽上，发生器固定结构用于将待测冲击波发生器固定在测试槽中的上部；待测冲击波发生器中的冲击波头部从液体耦合剂的液面浸没在液体耦合剂中；传感器单元用于在多轴移动机构的移动下拾取冲击波的声场信号；显示与控制单元，显示与控制单元用于获取传感器单元采集的不同位置的声场信号，并将获取的数据转化为冲击波声场的压力云图进行显示。实现了为冲击波的传播和衰减规律的研究提供准确的数据。

Description

一种冲击波声场测量系统

技术领域

本实用新型实施例涉及声场检测技术领域，尤其涉及一种冲击波声场测量系统。

背景技术

冲击波治疗技术作为冲击波碎石技术的引申用法，近年来已经越来越普遍。在实际使用过程中，冲击波疗法的治疗效果已经逐渐被大众所接受。

目前，对冲击波使用的细节以及治疗机理上仍有许多并未完全掌握，其中一个重要因素就是不同冲击波治疗设备的声场属性并不相同，而在实际应用中，实际到达患处的能量强度以及治疗波形不能得到量化，无法对冲击波的传播和衰减规律进行研究。因此，如何实现量化冲击波治疗设备的能量输出和传播规律，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种冲击波声场测量系统，以实现对不同冲击波治疗设备的声场属性的测量。

本实用新型实施例提供了一种冲击波声场测量系统，包括：

测试槽，所述测试槽中注有液体耦合剂；

多轴移动机构，所述多轴移动机构固定在所述测试槽上；

传感器单元，所述传感器单元安装在所述多轴移动机构上，所述多轴移动机构用于控制所述传感器单元在所述测试槽内移动；

发生器固定结构，所述发生器固定结构设置在所述测试槽上；所述发生器固定结构用于将待测冲击波发生器固定在所述测试槽中的上部；所述待测冲击波发生器中的冲击波头部从液体耦合剂的液面浸没在所述液体耦合剂中，并位于液面的附近；所述传感器单元用于在所述多轴移动机构的移动下拾取冲击波的声场信号；

显示与控制单元，所述显示与控制单元与所述传感器单元连接，所述显示与控制单元用于获取所述传感器单元采集的不同位置的声场信号，并将获取的数据转化为冲击波声场的压力云图进行显示。

可选的，所述传感器单元包括至少一个压电传感器。

可选的，所述压电传感器的个数为多个，多个压电传感器呈矩阵式排布，构成矩阵式传感器。

可选的，所述压电传感器包括PVDF压电传感器。

可选的，所述的冲击波声场测量系统还包括运动控制器，所述显示与控制单元通过所述运动控制器与所述多轴移动机构连接；所述运动控制器用于接收所述显示与控制单元发送的测量顺序信息和步距信息，并根据所述测量顺序信息和步距信息生成控制信号，控制所述多轴移动机构中各轴的运动。

可选的，所示多轴移动机构包括X轴、Y轴以及Z轴，所述Z轴上设有支架，所述传感器单元适于通过所述支架与所述多轴移动机构相连；

其中，所述X轴和所述Y轴用于控制所述传感器单元在水平面内移动，所述Z轴用于控制所述传感器单元在垂直于所述水平面的方向上移动。

可选的，还包括数据采集处理器，所述数据采集处理器与所述传感器单元以及所述显示与控制单元连接，所述数据采集处理器用于采集所述传感器单元拾取的冲击波的声场信号，并将所述声场信号进行处理后发送给所述显示与控制单元。

可选的，所述数据采集处理器包括：

前置放大单元，所述前置放大单元与所述传感器单元相连，用于放大由所述传感器单元转换而来的电信号；

示波显示单元，所述示波显示单元用于对所述电信号进行实时显示。

可选的，所述显示与控制单元包括上位机。

可选的，所述液体耦合剂包括经过排气处理后的除气水。

本实用新型实施例提供了一种冲击波声场测量系统，以实现对不同冲击波治疗设备的声场属性的测量。

本实用新型实施例提供的技术方案，通过传感器单元在多轴移动机构的移动下拾取冲击波的声场信号，可以采集到不同空间位置的声场信号；通过显示与控制单元获取传感器单元采集的声场信号，显示与控制单元可以将获取的数据转化为冲击波声场的压力云图进行显示，从而实现为冲击波的传播和衰减规律的研究提供准确的数据；另外，通过发生器固定结构将待测冲击波发生器固定在测试槽中的上部，可以使得只有冲击波头部浸没于液体耦合剂中，进而降低液体耦合剂进入待测冲击波发生器中，对待测冲击波发生器造成损坏的概率。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种冲击波声场测量系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种冲击波声场测量系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型实施例提供了一种冲击波声场测量系统，图1是本实用新型实施例提供的一种冲击波声场测量系统的结构示意图，参考图1，冲击波声场测量系统包括：

测试槽10，测试槽10中注有液体耦合剂；

多轴移动机构20，多轴移动机构20固定在测试槽10上；

传感器单元30，传感器单元30安装在多轴移动机构20上，多轴移动机构 20用于控制传感器单元30在测试槽10内移动；

发生器固定结构40，发生器固定结构40设置在测试槽10上；发生器固定结构40用于将待测冲击波发生器50固定在测试槽10中的上部；待测冲击波发生器50中的冲击波头部51从液体耦合剂的液面浸没在液体耦合剂中，并位于液面的附近；传感器单元30用于在多轴移动机构20的移动下拾取冲击波的声场信号；

显示与控制单元60，显示与控制单元60与传感器单元30连接，显示与控制单元60用于获取传感器单元30采集的不同位置的声场信号，并将获取的数据转化为冲击波声场的压力云图进行显示。

具体的，测试槽10中注有液体耦合剂，用于形成冲击波声场的测试环境。测试槽10可以为无盖的长方体壳体结构。多轴移动机构20固定在测试槽10上，传感器单元30安装在多轴移动机构20上，在多轴移动机构20的带动下，传感器单元30可以在测试槽10内部的空间移动。待测冲击波发生器50通过设置在测试槽10上的发生器固定结构40，固定在测试槽10内的上部。待测冲击波发生器50中的冲击波头部51从液体耦合剂的液面浸没在液体耦合剂中，并位于液体耦合剂的液面附近，使得待测冲击波发生器50发出的冲击波从测试槽10的上部开始向下传播。传感器单元30在多轴移动机构20的作用下伸入液体耦合剂中，采集从测试槽10的上部传播来的声场信号。

由于冲击波头部51的表面为铝合金或钛合金等金属材料制备，声阻抗较大；若用声阻抗与金属声阻抗相差较大的空气作为介质传播冲击波，会存在冲击波在传播界面反射率极高的问题，造成能量衰减的问题。在测试槽10中注上液体耦合剂，使得冲击波头部51与测量传感器同时处于液体耦合剂中，可以降低冲击波头部51与传播介质之间声阻抗的差值，保证耦合效果，使冲击波能从冲击波头部51向测试槽10中传播，降低能量衰减。其中，液体耦合剂可以为经过排气处理后的除气水，可以进一步的避免因为气体间隙而造成能量衰减。

另外，通过发生器固定结构40将待测冲击波发生器50固定在测试槽10中的上部，可以使得只有冲击波头部51浸没于液体耦合剂中，与冲击波头部51 连接的手柄部52可以位于液体耦合剂液面的上方，进而避免液体耦合剂通过冲击波头部51与手柄部52之间的间隙进入待测冲击波发生器50中，对待测冲击波发生器50造成损坏。相对于将待测冲击波发生器50设置在测试槽10中的下部，可以降低测冲击波发生器50对防水措施的需求。

显示与控制单元60与传感器单元30连接，可以获取传感器单元30采集的不同位置的声场信号，可以将获取的数据转化为冲击波声场的压力云图进行显示。通过该系统，可以通过逐次扫描对某一水平面的所有位置进行扫描，并通过计算机软件对数据进行处理，将测量的数据转化为该平面的强度分布图像。通过调整垂直方向，对其余平面进行扫描，直到获取需要空间的所有压力测试数据。显示与控制单元60通过绘制压力云图，从而实现为冲击波的传播和衰减规律的研究提供准确的数据。

本实用新型实施例提供的冲击波声场测量系统，通过传感器单元在多轴移动机构的移动下拾取冲击波的声场信号，可以采集到不同空间位置的声场信号，通过显示与控制单元获取传感器单元采集的声场信号，显示与控制单元可以将获取的数据转化为冲击波声场的压力云图进行显示，从而实现为冲击波的传播和衰减规律的研究提供准确的数据。

可选的，图2是本实用新型实施例提供的另一种冲击波声场测量系统的结构示意图，参考图2，冲击波声场测量系统还包括运动控制器70，显示与控制单元60通过运动控制器70与多轴移动机构20连接；运动控制器70用于接收显示与控制单元60发送的测量顺序信息和步距信息，并根据测量顺序信息和步距信息生成控制信号，控制多轴移动机构20中各轴的运动。

其中，参考图1与图2，多轴移动机构20包括X轴、Y轴以及Z轴，Z轴上设有支架，传感器单元30适于通过支架与多轴移动机构20相连。Z轴上可以具有支架，支架上形成有固定位，传感器单元30适于通过所述固定位与支架相连。固定位可以例如为固定孔等，由此，通过固定位便于实现传感器单元30 在支架上的安装。X轴和Y轴用于控制传感器单元30在水平面内移动，Z轴用于控制传感器单元30在垂直于水平面的方向上移动。X轴、Y轴、Z轴可以为导轨、滑块、气缸等组成的运动机构，其连接方式及工作原理为本领域的常规技术手段，在此不再赘述。

显示与控制单元60可以为上位机，3轴运动控制部件与整个测量系统联动，当传感器单元30采集到相应点的数据后，传感器单元30将采样数据存储到上位机，同时多轴移动机构20将位置信息反馈到上位机。运动控制器70控制多轴移动机构20按照上位机设定的测量顺序和步距等信息进行移动，以使传感器单元30进行下一步测量，直到完成所有的预设测量点。

可选的，参考图2，冲击波声场测量系统还包括数据采集处理器80，数据采集处理器80与传感器单元30以及显示与控制单元60连接，数据采集处理器 80用于采集传感器单元30拾取的冲击波的声场信号，并将声场信号进行处理后发送给显示与控制单元60。

其中，数据采集处理器80可以包括：前置放大单元和示波显示单元。前置放大单元与传感器单元30相连，用于放大由传感器单元30转换而来的电信号；示波显示单元用于对放大后的电信号进行实时显示。

可选的，传感器单元30包括至少一个压电传感器。

可以理解为，传感器即可采用单点传感器也可采用矩阵式传感器。压电传感器的个数为多个，多个压电传感器呈矩阵式排布，构成矩阵式传感器。对于矩阵式传感器，可以在同一时间测量空间多个点的压力波形，可以提高测量效率。

其中，压电传感器可以为PVDF(聚偏氟乙烯)压电传感器。PVDF压电传感器具有较宽的响应频率范围和相对平坦的响应曲线，且具有与水较为接近的声阻抗，可以尽量减少在传感器表面的反射效应。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种冲击波声场测量系统，其特征在于，包括：

测试槽，所述测试槽中注有液体耦合剂；

多轴移动机构，所述多轴移动机构固定在所述测试槽上；

传感器单元，所述传感器单元安装在所述多轴移动机构上，所述多轴移动机构用于控制所述传感器单元在所述测试槽内移动；

发生器固定结构，所述发生器固定结构设置在所述测试槽上；所述发生器固定结构用于将待测冲击波发生器固定在所述测试槽中的上部；所述待测冲击波发生器中的冲击波头部从液体耦合剂的液面浸没在所述液体耦合剂中，并位于液面的附近；所述传感器单元用于在所述多轴移动机构的移动下拾取冲击波的声场信号；

显示与控制单元，所述显示与控制单元与所述传感器单元连接，所述显示与控制单元用于获取所述传感器单元采集的不同位置的声场信号，并将获取的数据转化为冲击波声场的压力云图进行显示。

2.根据权利要求1所述的冲击波声场测量系统，其特征在于，所述传感器单元包括至少一个压电传感器。

3.根据权利要求2所述的冲击波声场测量系统，其特征在于，所述压电传感器的个数为多个，多个压电传感器呈矩阵式排布，构成矩阵式传感器。

4.根据权利要求2或3所述的冲击波声场测量系统，其特征在于，所述压电传感器包括PVDF压电传感器。

5.根据权利要求1所述的冲击波声场测量系统，其特征在于，还包括运动控制器，所述运动控制器与所述多轴移动机构以及所述显示与控制单元连接；所述运动控制器用于接收所述显示与控制单元发送的测量顺序信息和步距信息，并根据所述测量顺序信息和步距信息生成控制信号，控制所述多轴移动机构中各轴的运动。

6.根据权利要求5所述的冲击波声场测量系统，其特征在于，所示多轴移动机构包括X轴、Y轴以及Z轴，所述Z轴上设有支架，所述传感器单元适于通过所述支架与所述多轴移动机构相连；

其中，所述X轴和所述Y轴用于控制所述传感器单元在水平面内移动，所述Z轴用于控制所述传感器单元在垂直于所述水平面的方向上移动。

7.根据权利要求1所述的冲击波声场测量系统，其特征在于，还包括数据采集处理器，所述数据采集处理器与所述传感器单元以及所述显示与控制单元连接，所述数据采集处理器用于采集所述传感器单元拾取的冲击波的声场信号，并将所述声场信号进行处理后发送给所述显示与控制单元。

8.根据权利要求7所述的冲击波声场测量系统，其特征在于，所述数据采集处理器包括：

前置放大单元，所述前置放大单元与所述传感器单元相连，用于放大由所述传感器单元转换而来的电信号；

示波显示单元，所述示波显示单元用于对所述电信号进行实时显示。

9.根据权利要求1所述的冲击波声场测量系统，其特征在于，所述显示与控制单元包括上位机。

10.根据权利要求1所述的冲击波声场测量系统，其特征在于，所述液体耦合剂包括经过排气处理后的除气水。

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