Page 74 - 《应用声学》2020年第4期
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             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。
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