基于自易校准技术的柱面会聚波超声功率测量研究

基于自易校准技术研究了柱面会聚波超声功率的测量方法。首先从定义柱面会聚波的互易常数、自由场发送电流响应及电压灵敏度等电声特性参数开始,重点讨论了反射系数及衍射修正系数的计算方法,推导了凹圆柱面聚焦换能器声功率自易测量计算的表达式。然后,将实测结果与辐射力法的测量结果比较取得很好的一致性。通过实验证明了自易校准法应用于柱面会聚波超声功率测量的合理性和可行性。     

互易法与表面脉冲法校准声发射传感器的一致性探讨

声发射传感器的校准是声发射定量检测技术的前提,互易法和表面脉冲法是目前通常采用的两种校准方法,为探讨其一致性,从互易常数入手,比较表面波互易常数和表面脉冲法中的等效互易常数。通过加载力的等效处理、利用激光测振仪测量质点振速,获得法向速度和所加力脉冲的时域和频域分量,计算得到等效互易常数。同时,建立互易法和表面脉冲法校准系统,对实验结果进行对比分析。互易常数与等效互易常数的计算结果和基于校准系统的实验结果表明,互易法和表面脉冲法之间具有较好的一致性,电信号激励声发射换能器所引起的径向谐振产生的影响,对于互易校准而言可以忽略。     

拖曳线列阵校准系统

线列阵工作频率很低,声段的孔径很大,用现有的设备和常规的自由场方法是很难对其进行校准的。本文研究了一种在刚性管中校准线列阵声性能的新方法,具体做法是在管中沿管轴方向布置一系列发射换能器和监测水听器,根据实测得到的传递函数和所要模拟的平面波频率、幅度和入射角计算得到一组发射换能器驱动信号的幅值和相位,然后以此信号激励每个换能器,就能在管中形成一等同于任意角度入射的自由场平面波,从而可以校准线列阵的灵敏度和指向性。系统校准频率范围为65Hz~1420Hz。     

线列阵管中校准法的基本原理和计算机模拟

阐述了拖曳线列阵管中校准法的基本原理.并在计算机上进行了模拟.这种校准方法是以一组电流值驱动分布于管中的一组发射换能器,在管中产生以任意角度入射的自由场平面波,从而测出拖曳线列阵自由场灵敏度和指向性.模拟结果表明,只要发射换能器和监测器布放合理.就能在管中模拟生成在一定范围内起伏的平面波场,指向性的模拟结果证明了这种校准方法的可行性.     

电容传声器声中心的测量及其对互易校准的影响

为研究LS1、LS2及WS3等典型电容传声器声中心位置的准确值,基于自由场传声器声中心位置的测量理论,利用声学分析仪、消声箱和适调放大器等组成的声中心位置测量系统分别测量LS1、LS2及WS3型电容传声器的声中心位置。将测试结果与已公布的相应类型传声器声中心位置数据进行比较,得出声中心位置对自由场互易校准结果影响不可忽视,且在进行传声器自由场互易校准前,需要对参与互易校准的每只传声器的声中心位置进行测量确定。     

互易压电加速度计校准技术研究

介绍一种针对内部带有驱动部件的压电加速度计的校准方法,基于互易法的校准原理,通过2次试验测量2个端口灵敏度的比值和乘积,实现互易压电加速度计的校准。通过建立互易压电加速度计的振动方程及力学模型,分析了灵敏度比值、灵敏度乘积和自校准系数的频率响应特性,并说明了对应的校准方法。与激光干涉法进行了对比验证实验,实验结果表明：在频率范围5～4 000 Hz, 2个端口灵敏度的平均相对偏差分别不超过1%和2%,最大相对偏差分别不超过2%和4%。     

1-10MHz频段内自由场平面波互易校准的初步跟踪研究

随着医学超声的蓬勃发展,对超声剂量的测量与控制的需要与日俱增。国内外均已研制了PVDF压电薄膜水听器用于超声场的测量,也曾开展了以测量辅助换能器的超声功率和指向性因数为基础的轴向声压法校准和自由场球面波互易校准工作。但因技术上原因和设备上的困难,继续提高校准频率不易解决。 本文叙述按照IEC文件推荐的方法,应用瑞利公式,用计算机计算在近场与远场间的过渡区的衍射损失因子,对平面波互易参量进行了修正后,用平面波互易法对1.450MHz,2.102MHz、3.385MHz、4.803MHz和10.187MHz五个辅助换能器的互易校准。获得了它们的发射…     

两换能器互易法校准高频水听器若干影响因素的研究

两换能器互易法由于将校准归结到若干电学量的测量,目前是校准高频水听器的主要方法之一。校准水听器过程中,在保证电学量测量精度的情况下,开展了诸多影响因素的研究,主要包括辅助换能器有效直径、声场中心对称性,水听器浸泡时间,水含氧量及衰减修正等引起的影响研究等。研究表明,在准确计算出衍射修正参数G1、平均效应修正参数G2的前提下,辅助换能器有效直径、衰减修正等引入的影响较大,而声场的非中心对称性、水听器浸泡时间及水含氧量带来的影响较小。结果表明,所建立的高频水听器校准装置,在0.5～15 MHz的频率范围内,校准结果与英国国家物理实验室的校准结果非常接近,结果准确可靠。     

传声器自由场互易校准中电转移阻抗的测量与处理

电转移阻抗的准确测量是实现传声器自由场互易校准的关键.基于VB和MATLAB软件平台设计了传声器电转移阻抗的测量和数据处理系统.利用PULSE分析仪、互易校准仪和适调放大器等组成的测量系统,提取电转移阻抗信号;数据处理部分采用傅里叶逆变换(IFFT)和时间加窗技术对声信号进行处理,有效去除驻波、电串扰和反射波等干扰信号,得到理想的电转移阻抗;最后实现传声器自由场灵敏度的准确计算.     

互易法校准压电型声发射传感器的研究与实现

声发射传感器的校准是实现声发射定量技术的前提,依据电声换能器互易原理,在计算互易常数的基础 上,建立了适用于压电型声发射传感器表面波和纵波互易的校准系统。通过设置特定的激励信号波形,依据接收 电压信号与激励电流信号之间的时间延迟,准确获取电流信号与电压信号对应的特征值,实现了声发射传感器的表面波和纵波互易校准。由于传感器的尺寸效应,传感器在高频时的表面波速度灵敏度低于纵波灵敏度,不确定度评定结果表明,声发射传感器速度灵敏度的互易法校准不确定度为1. 2 dB。     

一种变温环境下水听器灵敏度校准系统的设计

针对缺少在变温条件下校准水听器灵敏度方法的问题,设计了一套基于动圈换能器声管的变温水听器灵敏度校准系统。建立模型分析声管内的声压分布,并计算了变温后对灵敏度校准结果的补偿量;利用Comsol仿真不同声管厚度对声场的影响,分析了底面非均匀振动和不同尺寸的水听器对校准结果的影响,确定了合适的声管尺寸和测量方法。分别在常温与变温条件下对不同尺寸的水听器进行校准并将校准结果与标准值比较。结果表明,此系统在常温下的校准结果与标准值的偏差低于0.5 dB,变温条件下的测量结果与标准值偏差低于0.6 dB,整体系统的扩展不确定度约为1.0 dB。     

Critical examination of ultrasonic transducer characteristics and calibration methods

This study systematically determined the transmission and receiving sensitivities of over twenty transducers. Four types of sensitivities were evaluated for both transmission and receiving sensitivities. These are found to be different from each other and the reversibility or reciprocity conditions exist only in exceptional cases. Using their observed behavior as the basis, we critically examined the calibration methods developed to characterize them, including those based on laser interferometry and the acoustic reciprocity principle. Serious flaws in some of the reciprocity methods are uncovered, which can be rectified by using the Hill--Adams method. Four procedures emerged as workable calibration methods for contact ultrasonic and acoustic emission transducers. However, current experimental uncertainties limit the upper frequency to 2 MHz.     

Calibration of a focusing transducer and miniature hydrophone as well as acoustic power measurement based on free-field reciprocity in a spherically focused wave field

The free-field transmitting voltage response at the pressure focus of a spherically focusing transducer was defined and calibrated based on the reciprocity theorem of a free-field spherically focused acoustic wave. The acoustic power, the radiation conductance, and the pressure at the pressure focus were derived and measured accordingly from the transmitting current response on the imaginary mirror symmetric spherical surface of the radiating surface. A miniature hydrophone was calibrated by the self-reciprocity of the spherically focusing source. Comparison results show that the measured acoustic power deviation between the reciprocity method and the radiation force balance method are within +/- 5% for two air-backed focusing transducers at 1.53 MHz and 5.27 MHz, respectively, and the maximum deviation of a hydrophone calibration between the new method and the free-field plane wave reciprocity method is within 1.4 dB in the frequency range from 1 MHz to 2 MHz in experiments.     

超声换能器的自易校准法及其在功率测量中的应用和它与辐射力法的关系(英文)

论述了电声互易原理和用于平面活塞型与球面聚焦换能器校准的自易法(Self Reciprocity Method,SRM)。介绍了一系列的定义和发送电压(电流)响应与电压灵敏度。阐述了SRM与辐射力天平(Radiation Force Balance,RFB)法之间的关系。在1~25 MHz频率范围内,对超声换能器校准和输出功率测量的实验显示,两种方法具有相近的准确度。SRM法比RFB法测量具有更高的信噪比和更好的稳定性。     

LS2F传声器的高频自由场互易校准

为满足空气超声声压量值的溯源需求,利用PULSE分析仪和互易校准仪,采用时间加窗技术对频域信号转换得到的时域信号进行处理,建立了LS2F传声器的高频互易校准装置,实现了实验室标准传声器的20~51 kHz的自由场灵敏度校准。通过对比时间加窗处理前后的实验数据,分析了驻波和墙体发射波对传声器灵敏度的影响。结果表明,高于40 kHz时,时间加窗处理技术能够减小1.0 dB的偏差。     

The measurement of backscatter coefficient from a broadband pulse-echo system: a new formulation

A new formulation for obtaining the absolute backscatter coefficient from pulse-echo measurements is presented. Using this formulation, performing the diffraction correction and system calibration is straightforward. The diffraction correction function for the measurement of backscatter coefficient and the acoustic coupling function for a pulse-echo system are defined. Details of these functions for two very useful cases are presented: a flat disk transducer and a spherically focused transducer. Approximations of these functions are also provided. For a flat disk transducer, the final formulation appears as a modification to the established Sigelmann-Reid formulation. For a focused transducer, the final correction is a weak function of frequency when the scattering volume is near the focal area, rather than the frequency squared dependence proposed by earlier investigators.     

高压液体流量标准装置研制

为解决民用飞机高压液压油流量计校准问题,研制了高压液压油流量标准装置,标准装置采用高压柱塞泵提供流量源,通过变频调速和比例控制阀配合调节的方法实现流量装置的流量和压力宽范围调节,标准装置以活塞式体积管作为主标准器,实现了高压条件下的流量计校准。利用该标准装置对圆柱齿轮流量计在变压工况下进行校准试验,高压工况下流量计仪表系数与常压工况相差超过5%,证明开展高压变压下流量计计量性能及修正方法研究的重要性,该标准装置的建成为高压下流量计校准及计量性能研究提供了有效的手段,具有很高的实用价值。