Page 74 - 《应用声学》2020年第4期

560 2020 年 7 月

激励发射换能器产生超声波，超声波经过聚苯乙 辨率趋于1.7 µs。图4(a)、图5(a)与图6(a)给出带宽
烯试块后由接收换能器接收，接收信号由接收器 为 0.1 MHz、1.1 MHz 与 1.6 MHz 时的线性调频回
(Panametrics5800) 放大、示波器 (DPO4032) 采集 波信号，可以看到其峰峰值几乎一样，原因在于换
后传输到电脑做进一步信号处理。实验中设置方波 能器可看作具有高斯响应的滤波器，滤波器的幅频
激励与编码激励具有同样峰峰值的激励电压，所有 响应的最高值对应 800 kHz，因为线性调频信号的
实验数据均重复测量 8 次，为了防止脉冲压缩后旁 中间时刻对应的瞬时频率为 800 kHz，所以经过换
瓣的干扰，噪声功率选择在足够远的区间内计算。 能器响应的线性调频信号的峰值将出现在信号的
中间时刻。带宽为 0.1 MHz 时，线性调频的时域波
ႃᑨ ͊ਓηՂԧၷ٨
形失真最小，此时脉冲压缩后的信噪比最高；带宽
从 1.1 MHz 变化到 1.6 MHz 时，编码信号波形失真
Ҫဋஊܸ٨
变大，脉冲压缩后的信噪比降低。图4(b)、图5(b)与
ᇨฉ٨
图 6(b) 给出相应带宽的脉冲压缩后时域包络图，它
ԧ࠱૱ᑟ٨
们具有相近的噪声水平，峰值高度随编码带宽增大
ᐑᔭ˳མតڱ
ଌஆ٨ 而减小。
ଌஆ૱ᑟ٨
20.0
17.5 ͌ᄾϙ
图 1 实验装置图 15.0 ࠄᰎϙ
Fig. 1 Experimental setup η٪උܙᄞ/dB 12.5

௑ᫎ/ms 10.0
7.5
18 21 24 27 30
1.0 1.0 5.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
B c /MHz
0.8 0.6 (a) η٪උܙᄞ
15.0
ॆʷӑࣨϙ 0.4 -0.2 ॆʷӑࣨϙ ᣉՔѬᣲဋ/ms 12.5 ͌ᄾϙ
0.2
0.6
ࠄᰎϙ
10.0
7.5
0.2 -0.6 5.0
2.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
0 -1.0
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
B c /MHz
ᮠဋ/MHz
(b) ᣉՔѬᣲဋ
图 2 发射接收换能器时频响应 图 3 脉冲压缩性能指标
Fig. 2 Impulse response of the TR transducer in Fig. 3 Performance indicators of pulse compression
time and frequency domain
信噪比增益随线性调频信号带宽增大而减小，
2.2 实验结果与讨论 轴向分辨率随编码带宽的增大先减小后趋于稳定，

信噪比增益与轴向分辨率的实验值与仿真值 信噪比增益与轴向分辨率为一对矛盾的关系。公
如图 3 所示，其中轴向分辨率定义为包络信号的 式 (5) 准确地反映了信噪比增益的变化规律，因为
−6 dB主瓣宽度，实验值以均值、标准差的形式给出 换能器响应的高斯假设，编码信号的带宽越大，造成
误差棒图，可以看到实验值与仿真值吻合很好。当 的失配效果越大，所以信噪比增益下降。同时，因为
编码带宽等于 0.1 MHz 时，信噪比增益达到最高值 换能器的带宽限制，轴向分辨率存在极限值。实际
19.0 dB，轴向分辨率达到最大值 13.1 µs；当编码带 检测中，如果介质的深度方向存在多个散射体，较小
宽等于 1.6 MHz 时，信噪比增益达到最低值 9.3 dB； 的编码带宽虽然能提供较高的信噪比增益，但是较
当编码带宽从 1.1 MHz 变化至 1.6 MHz 时，轴向分 宽的主瓣会降低轴向分辨率。