国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

專利名稱：基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲換能器的參數(shù)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法。
背景技術(shù)：
超聲檢測技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在結(jié)構(gòu)缺陷探測、定位以及監(jiān)測結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷過程、研究材料斷裂機(jī)理等工程領(lǐng)域中。然而，現(xiàn)在許多實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場試驗(yàn)仍然采用非標(biāo)準(zhǔn)的或未經(jīng)標(biāo)定的超聲換能器及設(shè)備，導(dǎo)致很難對(duì)不同實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果進(jìn)行比較，也很難得出定量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，測量和標(biāo)定超聲換能器的特性是發(fā)展定量聲學(xué)無損檢測技術(shù)的重要內(nèi)容之一，同時(shí)也是評(píng)價(jià)并改善換能器特性的基礎(chǔ)，這一工作既為換能器使用者、也為制造者所關(guān)注。
超聲換能器的脈沖響應(yīng)是超聲換能器最基本的參數(shù)之一，超聲換能器把超聲波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，產(chǎn)生的電信號(hào)等于入射超聲和換能器脈沖響應(yīng)的卷積，所以要精確得到待測超聲，就必須知道超聲換能器的脈沖響應(yīng)，通過超聲換能器電信號(hào)和脈沖響應(yīng)的逆卷積運(yùn)算，即可得到待測超聲。但是，目前，由于技術(shù)所限，所有的超聲換能器生產(chǎn)商，都無法提供超聲換能器的脈沖響應(yīng)，只能提供超聲換能器的頻率響應(yīng)，而頻率響應(yīng)只是脈沖響應(yīng)的模，通過輸入不同頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦超聲波來確定。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法。該方法操作簡單，可快速給出超聲換能器的脈沖響應(yīng)。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法包括如下步驟用一束脈沖激光均勻照射一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)吸收體激發(fā)超聲，待測的超聲換能器接收此超聲信號(hào)，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)e(t)，則超聲換能器的脈沖響應(yīng)h(t)為h(t)=e(t)⊗[cL2aRsin(θ)*I′(t)]θ=arc(L-ctR),]]>其中a為標(biāo)準(zhǔn)吸收體的吸收系數(shù)，R為標(biāo)準(zhǔn)吸收體的半徑，c是聲速，t為時(shí)間，L為待測的超聲換能器距標(biāo)準(zhǔn)吸收體中心的距離，表示逆卷積運(yùn)算，I′(t)為光電傳感器測量入射激光時(shí)間分布函數(shù)I(t)的一階導(dǎo)數(shù)。
為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述脈沖激光的脈寬為1微秒～1納秒。所述標(biāo)準(zhǔn)吸收體為吸收均勻的薄圓柱體；所述標(biāo)準(zhǔn)吸收體用染色的凝膠制成，按下述方法制備而成水100毫升、瓊脂5克、墨水1滴，加熱至沸騰，自然冷卻而成；所述標(biāo)準(zhǔn)吸收體的高度為0.5～1毫米，標(biāo)準(zhǔn)吸收體的直徑為5毫米～10毫米。所述墨水可為紅、黃、藍(lán)、黑等各色墨水。
所述脈沖激光入射方向與標(biāo)準(zhǔn)吸收體的高度方向平行，即脈沖激光入射方向與標(biāo)準(zhǔn)吸收體的底面垂直。所述超聲換能器測量面的法線方向與標(biāo)準(zhǔn)吸收體的底面平行，超聲換能器與標(biāo)準(zhǔn)吸收體位于同一平面。所述標(biāo)準(zhǔn)吸收體和超聲換能器均置于水中，以達(dá)到聲阻抗匹配。
基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量裝置由脈沖激光器、擴(kuò)散片、標(biāo)準(zhǔn)吸收體、超聲換能器、信號(hào)采集卡及計(jì)算機(jī)組成，脈沖激光器發(fā)出的激光由擴(kuò)散片擴(kuò)散為照度均勻的光，照射標(biāo)準(zhǔn)吸收體，用待測的超聲換能器接受超聲信號(hào)通過信號(hào)采集卡傳給計(jì)算機(jī)，所述標(biāo)準(zhǔn)吸收體和超聲換能器均置于水槽中。
本發(fā)明根據(jù)光聲效應(yīng)理論，當(dāng)用脈沖激光照射吸收體時(shí)，吸收體吸收光能引起溫升，溫升導(dǎo)致熱膨脹而產(chǎn)生超聲波，這就是光聲效應(yīng)。當(dāng)用脈沖激光照射一個(gè)點(diǎn)源吸收體時(shí)(點(diǎn)源吸收體體積為無限小的吸收體)，距點(diǎn)源r0處的超聲信號(hào)記為Ppoint(t)，Ppoint(t)=ar0I′(t-r0c),]]>a為點(diǎn)源吸收體的吸收系數(shù)，t表示時(shí)間，c是聲速，I′表示入射激光時(shí)間分布函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)。假定用超聲換能器來探測此超聲信號(hào)，h(t)是超聲換能器的脈沖響應(yīng)，則超聲換能器探測到的電信號(hào)epoint(t)可表示為，epoint(t)＝Ppoint(t)*h(t)，星號(hào)表示卷積。對(duì)于一個(gè)吸收系數(shù)分布為A(t)的吸收體，可以看作是許多點(diǎn)源吸收體的疊加，這樣的吸收體產(chǎn)生的超聲信號(hào)P(t)，可以看作是許多點(diǎn)源吸收體產(chǎn)生的超聲信號(hào)的疊加P(t)=Ppoint(t)*∫∫A(ct,θ,φ)(ct)2sinθdθdφ=(1t∫∫A(ct,θ,φ)(ct)2sinθdθdφ)*I′(t)]]>t表示時(shí)間，c是聲速，θ和φ分別為球坐標(biāo)中的極角和方位角。用脈沖響應(yīng)為h(t)的超聲換能器來探測此超聲信號(hào)，則產(chǎn)生的電信號(hào)e(t)為e(t)=(1t∫∫A(ct,θ,φ)(ct)2sinθdθdφ)*I′(t)*h(t)]]>(公式1)因此如果用一個(gè)已知吸收系數(shù)分布的吸收體作為標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)用一個(gè)已知時(shí)間分布函數(shù)的激光來照射，即在公式1中，(1t∫∫A(ct,θ,φ)(ct)2sinθdθdφ)]]>和I′是已知的，那么，用一待測的超聲換能器來檢測激發(fā)的超聲信號(hào)，設(shè)超聲換能器檢測到的電信號(hào)為e(t)，則有h(t)=e(t)⊗[(1t∫∫A(ct,θ,φ)(ct)2sinθdθdφ)*I′(t)].]]>在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)安排下，∫∫A(ct,θ,φ)(ct)2sinθdθdφ=2aRsin(θ)|θ=arc(L-ctR)]]>(∫∫A(ct，θ，φ)(ct)2sinθdθdφ表示對(duì)吸收體的球面積分，球心為超聲換能器的接收面，球面半徑為ct；對(duì)于本發(fā)明中的標(biāo)準(zhǔn)吸收體來講，可以簡化為平面弧線積分，并且因?yàn)闃悠放c探測器較遠(yuǎn)，弧線積分可近似為直線積分，同時(shí)由于樣品為均勻吸收體，所以設(shè)吸收系數(shù)分布函數(shù)等于常數(shù)a，故∫∫A(ct,θ,φ)(ct)2sinθdθdφ=2aRsin(θ)|θ=arc(L-ctR)),]]>R表示標(biāo)準(zhǔn)吸收體的半徑，a表示吸收系數(shù)，設(shè)L為待測的超聲換能器距標(biāo)準(zhǔn)吸收體中心的距離，由于本實(shí)驗(yàn)安排中，L遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)吸收體的尺寸，所以 可以近似為 故h(t)=e(t)⊗[cL2aRsin(θ)*I′(t)]θ=arc(L-ctR),]]>表示逆卷積運(yùn)算，可以計(jì)算出超聲換能器的脈沖響應(yīng)h(t)，這就是本發(fā)明的理論基礎(chǔ)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明方法理論清晰，操作簡單，可給出脈沖響應(yīng)，既包括超聲換能器聲電轉(zhuǎn)換的強(qiáng)度分布，又包括聲電轉(zhuǎn)換的相位分布。本發(fā)明基于光聲效應(yīng)測量超聲換能器脈沖響應(yīng)的方法可以較精確的測量出超聲換能器的脈沖響應(yīng)，對(duì)提高超聲換能器的性能及超聲換能器的使用都有重要的意義，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。


圖1為本發(fā)明的測量裝置側(cè)視圖。
圖2為本發(fā)明的測量裝置俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明的測量裝置由脈沖激光器1(脈沖激光器的脈寬為1微秒～1納秒)、擴(kuò)散片3、標(biāo)準(zhǔn)吸收體4、超聲換能器5、信號(hào)采集卡及計(jì)算機(jī)6組成。由脈沖激光器1產(chǎn)生的激光束2，經(jīng)過擴(kuò)散片3成為均勻照射的光斑9，照射標(biāo)準(zhǔn)吸收體4(標(biāo)準(zhǔn)吸收體按下述方法制備而成水100毫升，瓊脂5克，黑色墨水1滴(0.5毫升)，加熱至沸騰，自然冷卻而成；標(biāo)準(zhǔn)吸收體為吸收均勻的薄圓柱體，標(biāo)準(zhǔn)吸收體的高度為0.5～1毫米，標(biāo)準(zhǔn)吸收體的直徑為5毫米～10毫米)。脈沖激光入射方向與標(biāo)準(zhǔn)吸收體4的高度方向平行，即脈沖激光入射方向與標(biāo)準(zhǔn)吸收體4的底面垂直。激發(fā)的超聲用待測的超聲換能器5接收，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，測得的電信號(hào)e(t)通過信號(hào)采集卡傳給計(jì)算機(jī)6，就可以得出超聲換能器5的脈沖響應(yīng)h(t)，h(t)=e(t)⊗[cL2aRsin(θ)*I′(t)]θ=arc(L-ctR),]]>其中a為標(biāo)準(zhǔn)吸收體4的吸收系數(shù)，R為標(biāo)準(zhǔn)吸收體4的半徑，c是聲速，L為待測的超聲換能器距標(biāo)準(zhǔn)吸收體中心的距離，表示逆卷積運(yùn)算，I′(t)為光電傳感器測量入射激光時(shí)間分布函數(shù)I(t)的一階導(dǎo)數(shù)。超聲換能器5測量面的法線方向與標(biāo)準(zhǔn)吸收體4的底面平行，超聲換能器5與標(biāo)準(zhǔn)吸收體4位于同一平面。標(biāo)準(zhǔn)吸收體4和待測的超聲換能器5置于水槽8中，水槽8中充滿水7，標(biāo)準(zhǔn)吸收體4的95％是水，所以標(biāo)準(zhǔn)吸收體4的密度和水的密度非常接近，因此超聲波在標(biāo)準(zhǔn)吸收體4的表面不會(huì)產(chǎn)生反射，達(dá)到聲阻抗匹配。
權(quán)利要求
1.一種基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法，其特征在于包括如下步驟用一束脈沖激光均勻照射一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)吸收體激發(fā)超聲，待測的超聲換能器接收此超聲信號(hào)，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)e(t)，則超聲換能器的脈沖響應(yīng)h(t)為h(t)=e(t)⊗[cL2aRsin(θ)*l′(t)]θ=arc(L-ctR),]]>其中a為標(biāo)準(zhǔn)吸收體的吸收系數(shù)，R為標(biāo)準(zhǔn)吸收體的半徑，c是聲速，L為待測的超聲換能器距標(biāo)準(zhǔn)吸收體中心的距離，表示逆卷積運(yùn)算，I′(t)為光電傳感器測量入射激光時(shí)間分布函數(shù)I(t)的一階導(dǎo)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法，其特征在于，所述脈沖激光的脈寬為1微秒～1納秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)吸收體為吸收均勻的薄圓柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)吸收體按下述方法制備而成水100毫升、瓊脂5克、墨水1滴，加熱至沸騰，自然冷卻而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法，其特征在于，所述薄圓柱體高度為0.5～1毫米，直徑為5毫米～10毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法，其特征在于，所述脈沖激光入射方向與標(biāo)準(zhǔn)吸收體的高度方向平行，即脈沖激光入射方向和標(biāo)準(zhǔn)吸收體的底面垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法，其特征在于，所述超聲換能器測量面的法線方向與標(biāo)準(zhǔn)吸收體的底面平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)吸收體和超聲換能器均置于水中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光聲效應(yīng)的超聲換能器脈沖響應(yīng)的測量方法，該方法用一束脈沖激光均勻照射一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)吸收體激發(fā)超聲，超聲換能器接收此超聲信號(hào)，并將超聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，則由超聲換能器產(chǎn)生的電信號(hào)和入射激光時(shí)間分布函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)吸收體的吸收系數(shù)分布之間的逆卷積運(yùn)算，可求出超聲換能器的脈沖響應(yīng)。本發(fā)明可以精確的測量出超聲換能器的脈沖響應(yīng)，對(duì)提高超聲換能器的性能及超聲換能器的使用具有重要的意義，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
文檔編號(hào)G01N29/30GK1831528SQ20061003420
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者王博 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)