Page 81 - 《应用声学》2020年第4期
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第 39 卷 第 4 期            吴樵等: 利用激光多普勒测振仪的空气耦合超声声场测量                                          567


             度为 7.7 ,使空耦换能器激励的漏兰姆波主要为 A0                       合模态计算和到时信息,可以确定时域信号中第一
                    ◦
             模式。                                               个波包为 A0 模式的漏兰姆波,实现了对空气和固
                 使用激光测振仪测量板内的漏兰姆波。板上方                          体板中的漏兰姆波的实验观测。电测法中,接收信
             空气中的声波能量主要来源于空耦换能器辐射的                             号的时域和频谱有所不同,表现出拖尾更长、带宽
             直达纵波和反射波,漏兰姆波相对比较微弱。为了                            更窄的特点,这是因为受到了接收换能器传递函数
             尽可能排除空气中直达波和反射波的干扰,选择在                            的影响。激光多普勒测振仪具有宽频带的特点,对
             板下方观测空气中的漏兰姆波,测量时在板的侧面                            待测信号的影响较小。
             布置障碍物遮挡,避免空耦换能器的直达波的干扰。
                                                                       150
             另外,使用另一个空耦换能器在一发另一收 (TR)
                                                                       100
             模式下接收,以接收电压信号作为对照 (以下简称
             电测法)。                                                      50
                                                                     ႃԍ/mV  0
                   6000
                                                                      -50
                   5000                                              -100
                  Ꮖᤴए/(mSs -1 )  4000                                -150 500  520  540  560  580  600  620

                   3000

                   2000                                                              ௑ᫎ/ms
                                                                                     (a) ௑۫
                   1000                                                1.0
                     0                                                 0.8
                      0     500  1000  1500  2000  2500
                                   ᮠဋ/kHz

                       图 5  漏兰姆波群速度频散曲线                               ॆʷӑࣨϙ  0.6
               Fig. 5 The group velocity dispersion curve of the       0.4
               leaky Lamb wave
                                                                       0.2
                 漏兰姆波的电测法测量结果如图 6 所示,接收
             信号经过60 dB低噪声前置放大器放大后由示波器                                   0   200     300    400     500
                                                                                     ᮠဋ/kHz
             接收,中心频率为 347.5 kHz。保持发射换能器位
                                                                                     (b) ᮠ៨
             置不变,将接收换能器沿 K9 玻璃板平行方向移动
             20 mm,比较两次测得的漏兰姆波群速度可以确定                                        图 6  TR 模式接收信号
                                                                  Fig. 6 Received signal of transmitting-receiving
             接收信号为A0模式的漏兰姆波。
                                                                  mode
                 激光多普勒测振仪的时域瞬态声压测量结果
             如图 7 所示。图 7(a) 是 K9 玻璃板上方空气中的声                        图 7(b) 中,使用激光多普勒测振仪测量到 K9
             压,测量点与 K9 玻璃板的距离为 7.5 mm,与空耦                      玻璃板内和空气中的漏兰姆波,空气中漏兰姆波
             换能器辐射面中心的距离为 75 mm。根据时延可                          的声压峰峰值为 1.2 Pa,对应激光测振仪输出信号
             以判断出空气中的直达波和经过 K9 玻璃板表面                           原始信号的峰峰值为 55 mV,信噪比为 33 dB,没
             的反射波。由于空气中的直达波和反射波声压较                             有经过放大。相同实验条件下的电测法,要得到
             大,漏兰姆波难以直接观测到。图 7(b) 和图 7(c) 是                    图 6(a) 的峰峰值为 235 mV 的接收信号,接收换能
             板内和板下方空气中漏兰姆波的时域瞬态声压和                             器的输出信号需要经过 60 dB 低噪声前置放大器
             频谱,中心频率为 345 kHz,实验观测到 A0 模式的                     放大。
             漏兰姆波。                                                 实验表明,本文搭建的实验系统可以同时测量
                 对比电测法和激光多普勒测振仪法的测量结                           空气和固体中的声场,并且具有高灵敏度,可以测量
             果,二者中心频率分别为 347.5 kHz 和 345 kHz,结                 到声场内微弱的时域瞬态声压信号,为常见的空耦
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