Page 89 - 《应用声学》2020年第6期

第 39 卷 第 6 期 张国才等： 脉冲超声换能器声场测试系统的设计 883

论中，圆形晶片半扩散角 [13] γ = arcsin(Fλ/D S ) =
45
◦
40 1.33 ，其中 F = 0.51 为下降 6 dB 时的常数因子，
35 D S = 14 mm 为圆形晶片直径，f = 2.3 MHz 为连
30 续波频率。对比以上两组数据发现，脉冲波声束扩
ѵ/mm
25 散角比连续波理论扩散角大，其原因在于所测换能
20
器为非窄脉冲探头，其低频分量使其能量发散。如
15
果想要达到更好的声束收敛效果，可使用高频窄脉
10
冲探头。
5
0
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 3.2 不同换能器声场分布比较
ᛡ/mm
图 17 为另一厂家所生产的 2.5P14N 换能器声
图 15 10 mm 处垂直声轴线平面声压分布图
压分布图，比较图 12、图13与图 17、图18 可以看出，
Fig. 15 Acoustic pressure distribution map of ver-
两者声场分布具有相似性，但在系统灵敏度设置完
tical axis at 10 mm
全一样的情况下，换能器 2 接收到的整体声压幅值
比换能器 1 小。换能器 2 在大于一倍近场 63 mm 外
45
仍然可以观测到干涉现象，而且干涉现象也较为明
40
35 显，但在 140 mm外其干涉现象已经不明显，可以近
30 似认为随着距离增加声压幅值单调递减。
25 ѵ/mm
20 210 1100
15
10 600
130
5 ܦᣉவՔᡰሏ/mm 170
0 90 1
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
ᛡ/mm 50
图 16 24 mm 处垂直声轴线平面声压分布图 10
0 40 80 120 160
Fig. 16 Acoustic pressure distribution map of ver- ۇᄰܦᣉவՔᡰሏ/mm
tical axis at 24 mm
图 17 换能器 2 声轴线平面声压分布图
图 13 中可清晰看出在近场以外声轴线上声压 Fig. 17 Sound pressure distribution map on the
随距离增加而减小的总体趋势，但是这种减小并 plane of transducer axis
不单调，而是锯齿状下降。游标 1 与游标 2 标注了
距离小球 91 mm 处的相对回波声压为 300，而距离 1000 ຤ಖ X Y
຤ಖ
94 mm 处的相对回波声压为 328，两者回波高度相
800
差 ∆dB = 20 lg(H 1 /H 2 ) = 0.775 dB，式中 H 为回
波幅值。这一结论与文献 [13] 中描述的观点一致， ᄱࠫܦԍ 600
即本现象对缺陷大小的精确定量是不能忽略的，这 400
຤ಖ
样会造成处于前一极小值处本来较大的缺陷的回
200
波较低，而处于后一声压极大值处本来较小的缺陷
0
的回波反而较高，容易引起误判或漏检。 20 40 60 80 100 130 140 160 180
ᡰሏ/mm
在图 14 中选择距离小球 57 mm 处 (即一倍近
场处) 垂直声轴线声压分布曲线，可计算出声压幅 图 18 换能器 2 声轴线声压分布图
度从轴线上最大值下降 6 dB 时的声束扩散角 [13] Fig. 18 Acoustic axis pressure distribution map
θ 0 = arctan(24.3 − 20.1)/57 = 4.22 。在连续波理 of transducer
◦