Page 256 - 《应用声学》2025年第2期

516 2025 年 3 月

在确定了声轴上每个点的精确坐标后，需要对
0.9 ೛ᴑᰴए: 0.4 mm
೛ᴑࠕए: 1.2 mm 每个点的声压进行测量。声学测试平台所用的测量
0.8
仪器为水听器 (HGL-0400)，该水听器由于其前端的
0.7
针状结构，能够测量很小范围内的声压，可近似看作
0.6
ॆʷӑܦԍ 0.5 该点的声压。其中测试声轴声压的实验系统原理图
如图7所示。
0.4
0.3 ඵ۫
0.2
0.1
0
20 40 60 80
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ᡰሏ૱ᑟ٨ԧ࠱᛫᭧ᡰሏ/mm ᡔܦ૱ᑟ٨
图 5 最优尺寸下轴线声压分布图
Fig. 5 Distribution diagram of axial sound pres- 图 7 测试声轴声压的实验系统原理图
sure at optimal size Fig. 7 Schematic diagram of experimental system

对应于该聚焦效果的不同位置处的超构材料 for measuring sound pressure of sound axis
的相位延迟梯度分布如图6所示。 在确定整体实验框架后，对超声换能器的激励
2.5 进行设置。由于该结果需要与仿真结果进行对比，
ᄱͯणᤍ
所以将激励信号设置为与仿真激励信号相同的信
2.0
号，该信号由函数发生器提供，其具体信号为主频
ᄱͯणᤍ/rad 1.5 1 MHz、周期数为5的正弦脉冲串。信号接收可由示

波器完成。由于测量环境内存在反射的声信号，用
1.0
自触发模式可能会出现反射波信号超过触发阈值
的情况，为保证所接收到的信号为预期测量点的声
0.5
压信号，需要通过外部的触发信号进行辅助，即在
0
函数发生器发射激励信号的同时，发射一个触发信
1 2 3 4 5 号，确保示波器接收到的信号为预期测量点的声压
ᡔ౞ెநᎄՂ
信号。测试环境为水槽，整体测试平台如图8所示。
图 6 不同位置处的超构材料的相位延迟梯度分布图
Fig. 6 Phase delay gradient distribution of the
superstructure material at different positions

2 实验

首先根据所需要测试的超声换能器的声场估
计其实际声场分布情况，并据此搭建声学测试平台
以保证测试过程中边界反射声波不会影响整体测
试效果。
根据仿真分析，超声换能器的聚焦位置在 图 8 轴线声压测试平台图
60 mm 附近，故此整体测试环境 (水域) 需要大于 Fig. 8 Axis sound pressure testing platform
其声场分布长度的 2 倍以上，以保证能够消除边界 测量过程中首先将水听器的尖端移动到超声
回波对测试结果的影响。为了确定声轴上每个位 换能器表面中心处，之后将水听器移动至最远处，在
置的精确坐标，实验测试利用了高精度的平移台 最远处将水听器进行上下微移，寻找声压最大点。
XYZM178H-400D，精度为0.002 mm。 确定最大点之后，再进行左右微移，寻找声压最大