針式水聽器進行聲壓測試

時間：2020-01-05作者：深圳市一測醫(yī)療測試技術(shù)有限公司瀏覽：432

	原理：當壓電材料上的壓力 (聲擾動 )發(fā)生變化時，壓電材料內(nèi)部的電荷分布就會成比例地發(fā)生變化并且會以電壓信號的形式體現(xiàn)出來，因此可通過壓電元件表面上的電極提取這些電荷，經(jīng)電壓放大器或電荷放大器放大后，由信號處理示波器顯示出能反映聲波波形的圖像,這樣就以很直接的方法完成了超聲聲場中聲壓的測量。


	要求：針式水聽器由于直徑很小因而可檢測測量點的聲壓，實際上是針式水聽器直徑尺寸范圍的平均聲壓；原則上針式水聽器的直徑越小越好，至少小于聲場的1個波長，如15MHz的聲場，則針式水聽器的直徑要小于0.1mm。針式水聽器是測量聲場和聲壓的可以選擇換能器（一級標準測量工具），適合連續(xù)波和脈沖波的測量。針式水聽器針尖上有一層通常為幾個微米厚的PVDF薄膜，現(xiàn)在可以做到9－28μm的膜厚，這層薄膜就相當于一個高靈敏度的壓電換能器，能將接收到的聲壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，目前英國PA公司可做到40μm－4mm，在20K－35MHz頻率范圍針式水聽器具有平坦的測量特性。


	針式水聽器及其原理圖如下所示：


	



	
	
		事項：由于水聽器針尖的聚偏氟乙烯薄膜非常脆弱，因此使用針式水聽器時注意不能用手或任何其他物體碰水聽器針尖。清洗水聽器時，用蒸餾水輕輕沖洗，特殊情況下可以用新鮮檸檬汁處理。
	
	
		優(yōu)點：水聽器體積非常小，不會對測試聲場造成大的干擾，同時靈敏度高，使用方便，價格也相對*。
	
	
		介紹：通常針式水聽器使用時需要配以水浸式前置放大器，DC耦合器以及水聽器輔助放大器。它們分別介紹如下：
	




	



	
	
		前置放大器（Submersible Preamplifier）的作用是放大水聽器接收到的聲信號。
	
	
		直流耦合（DC Coupler）的作用是提供直流電壓，驅(qū)動前置放大器；以及作為前置放大器和測量系統(tǒng)之間的聲信號耦合器。
	
	
		由于水聽器的輸出信號一般非常微弱，因此在將其輸入采集和顯示系統(tǒng)前，通常還需要經(jīng)過一個水聽器輔助放大器，進一步放大水聽器接收到的聲信號。
	
	
		使用：PVDF針式水聽器測試系統(tǒng)如圖所示。用示波器(或高速數(shù)據(jù)采集卡)作為信號的顯示器和采集器，可以得到聲場中單點的聲壓波形，對于連續(xù)波*同步信號檢測，而對脈沖波要用同步觸發(fā)檢測。
	
	
		如果將水聽器夾持在3維機械運動（如UMS3）裝置上可以重構(gòu)出換能器的3維的聲場。其中若采用掃描系統(tǒng)移動水聽器進行掃描，就可以得到一個截面上的聲壓分布，再由一個個截面聲壓構(gòu)成3維聲場分布。
	
	
		使用了兩個放大器來放大水聽器的信號，浸入式前置放大器和水聽器輔助放大器，這是因為水聽器信號通常很微弱，需要進行兩級放大。
	
	
		

	
	
		
		
			計算：水聽器直接輸出的信號是電壓信號，用靈敏度進行轉(zhuǎn)換后，就成為了對應(yīng)的聲壓信號。得到電壓-時間波形后，可以計算聲強和聲功率。空間峰值脈沖平均強度ISPPA的 計算公式如下所示： 
		
		
			                                    　           
		
		
			其中為水的密度，為水中的聲速，為時變的聲壓波形，T為波形的周期，為所選波形的整周期數(shù)，為**個滿幅值周期的延遲時間，t為時間。   
		
		
			總結(jié)：PVDF針式水聽器體積非常小，不會對測試聲場造成大的干擾，可以測量連續(xù)波和脈沖波聲壓，同時靈敏度高，使用方便；它的缺點是帶寬相對較窄，頻率響應(yīng)較平坦，能夠測量的聲壓范圍有限。適用于測試低聲壓值的聲場。同時由于水聽器體積小，移動方便，可以得到聲場的截面圖和3維聲場分布，也可以應(yīng)用于多種超聲換能器的測試，如相控陣換能器探頭等。
		


	


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