Page 81 - 无损检测2023年第十二期

曹永朋, 等:

水浸超声聚焦探头性能测试及声场可视化研究

距定义为声压最高处与探头的距离; 场深为声场轴线 z 方向提取声压值随位置的变化, 其结果如图2 ( b )

方向声压下降至不小于焦距处幅度一半( 6dB ) 的区 所示。以最高声压幅度下降6dB , 测量该范围的空

域长度, 其声场分布特性测量结果如图2所示。 间距离即为焦点直径, 由此可得到 y 方向和 z 方向
首先将钢球调整至探头焦距处, 在 -z 面内作 的焦点直径 d l 和 d s , 则不对称度S a 为
y

“ Z ” 字型往返步进扫描且每隔0.1mm 采集一次球 d l-d s
S a = ( 1 )

靶反射回波, 三探头的扫查范围均为5mm×5mm D a
( 方向×z 方向); 然后穿过焦点, 分别沿 y 方向和 式中: D a 为 y 和 z 方向焦点直径的算术平均值。
y

图2 水浸超声聚集探头声场分布特性测量结果
1.3.2 探头性能测试方法 F l+F u
F c = ( 2 )
探头性能测试内容包括脉冲宽度、 中心频率、 带 2
宽、 峰值频率、 回路增益灵敏度等。根据 ASTM 标准的 F u -F l
B W = ×100 ( 3 )
要求, 测量脉冲宽度、 中心频率、 带宽采用的球靶直径 F c

为3.18mm , 测量回路增益灵敏度采用的球靶直径为 式中: F u 为上限频率; F l 为下限频率。
12.7mm 。将球靶调整至探头实测焦距处, 并记录检测 探头 A 回波时域波形如图3 ( a ) 所示, 可见探头

信号, 球靶反射回波脉冲下降 20dB的时域宽度即为脉 脉冲宽度为0.26 μ s , 时域信号经过傅里叶变换得到

冲宽度; 对反射回波作傅里叶变换可得到探头 A 的时 的频 域 波 形 如 图 3 ( b ) 所 示, 中 心 频 率 F c 为

和带 8.55MHz , 峰值频率 F 为8.85MHz , 带宽 B W 为
域和频域波形( 见图3 )。由此, 得到中心频率F C
, 即 72.75% 。
宽B W

图3 探头 A 的时域和频域波形
测量回路增益灵敏度时, 使用 T 型接口将脉冲 幅值调至最大; 然后将脉冲发射接收仪上的激励电
发射接收仪、 示波器、 探头三者相连( 见图 1 ), 将球 压调至25V , 并将示波器上的信号以 10 倍进行放

靶调整至探头标称焦距处, 并将球靶反射回波信号 大, 示波器上反射回波信号的峰 - 峰值即为探头的回

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2023年 第45卷 第12期
无损检测