一種超聲波換能器性能測試設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波換能器性能測試設(shè)備，具有第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)，并包括：控制器，該控制器能夠電連接于待測換能器器以驅(qū)動該待測換能器發(fā)射超聲波；第一反射裝置，在所述第一測試狀態(tài)時，第一反射裝置將待測換能器發(fā)射的超聲波反射回待測換能器；參考換能器，控制器電連接于該參考換能器，在所述第二測試狀態(tài)時，參考換能器接收待測換能器發(fā)射的超聲波并在控制器驅(qū)動下向待測換能器發(fā)射超聲波；調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置能夠調(diào)節(jié)以使超聲波換能器性能測試設(shè)備在第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)之間切換。本發(fā)明的超聲波換能器性能測試設(shè)備能夠?qū)Υ郎y換能器的多種參數(shù)進(jìn)行測量，并具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點。
【專利說明】
一種超聲波換能器性能測試設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及換能器測試設(shè)備，具體地，涉及一種超聲波換能器性能測試設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波在介質(zhì)中傳播時會產(chǎn)生許多物理、化學(xué)及生物等效應(yīng)，同時因為超聲波穿透力強、方向性好、信息攜帶量大、易于實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的無損檢測，因而在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、生物醫(yī)藥等方面得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]超聲波換能器是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。它是超聲設(shè)備中的關(guān)鍵器件，其性能的好壞直接關(guān)系到超聲應(yīng)用技術(shù)的效果和使用范圍。因而無論在換能機理還是工藝設(shè)計等方面都受到了人們的長期關(guān)注。由于超聲技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，且超聲新技術(shù)層出不窮，因而超聲換能器的種類也很多。按照換能器的工作狀態(tài)，超聲波換能器可分為發(fā)射型超聲波換能器、接收型超聲波換能器和收發(fā)兩用型超聲波換能器。目前，廣泛使用壓電陶瓷換能器，這種換能器電聲轉(zhuǎn)換效率高，原材料價格便宜，制作方便，也不容易老化。
[0004]作為一種能量轉(zhuǎn)換器件，超聲波換能器性能描述與評價需要許多參數(shù)。超聲換能器的特性參數(shù)包括共振頻率、頻帶寬度、機電耦合系數(shù)、電聲效率、機械品質(zhì)因數(shù)、阻抗特性、頻率特性、指向性、發(fā)射及接收靈敏度等。這些參數(shù)的選取直接影響到超聲波換能器發(fā)射信號和接收信號的質(zhì)量，進(jìn)而影響其應(yīng)用的可靠性和準(zhǔn)確度。超聲波換能器的性能要求比較嚴(yán)格，應(yīng)用于不同場合或不同用途的換能器對性能參數(shù)的要求也不同。例如，對于發(fā)射型超聲換能器，要求具有大的輸出功率和高的能量轉(zhuǎn)換效率，即發(fā)射換能器特別要求的性能主要為發(fā)射聲功率和發(fā)射效率；而對于接收型超聲換能器，則要求寬的頻帶和高的靈敏度及分辨率等。因此，在換能器的設(shè)計和應(yīng)用中，必須根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境，對換能器的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)計和選擇。
[0005]目前，國內(nèi)外普遍采用阻抗相位分析儀對超聲換能器的性能進(jìn)行檢測，但這類儀器測量時存在手動設(shè)置和功能單一的不足，而且，傳統(tǒng)的阻抗分析儀僅可以實現(xiàn)諧振頻率等固有參數(shù)的測量，無法滿足實際生產(chǎn)需求。在某些應(yīng)用場合，需要測出換能器的最佳工作頻率以及在此頻率下工作的效率、響應(yīng)時間、余振等參數(shù)。
[0006]有鑒于此，有必要設(shè)計一種能夠?qū)崿F(xiàn)對超聲波換能器的多種參數(shù)進(jìn)行測量的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超聲波換能器性能測試設(shè)備，該超聲波換能器性能測試設(shè)備能夠?qū)Υ郎y換能器的多種參數(shù)進(jìn)行測量，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述超聲波換能器性能測試設(shè)備具有第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)，并包括:
[0009]控制器，該控制器能夠電連接于待測換能器⑴以驅(qū)動該待測換能器⑴發(fā)射超聲波；
[0010]第一反射裝置(2)，在所述第一測試狀態(tài)時，所述第一反射裝置(2)將所述待測換能器(I)發(fā)射的超聲波反射回所述待測換能器(I);
[0011]參考換能器(3)，所述控制器電連接于該參考換能器(3)，在所述第二測試狀態(tài)時，所述參考換能器(3)接收所述待測換能器(I)發(fā)射的超聲波并在所述控制器驅(qū)動下向所述待測換能器(I)發(fā)射超聲波；
[0012]調(diào)節(jié)裝置(4)，該調(diào)節(jié)裝置(4)能夠調(diào)節(jié)以使所述超聲波換能器性能測試設(shè)備在所述第一測試狀態(tài)和所述第二測試狀態(tài)之間切換。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明的超聲波換能器測試設(shè)備能夠通過調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)在兩種測試狀態(tài)下工作，以能夠測量待測換能器的兩類參數(shù)。其中，在第一測試狀態(tài)時，控制器驅(qū)動待測換能器發(fā)射超聲波，經(jīng)過第一反射裝置反射后，超聲波傳播至待測換能器并被該待測換能器接收，經(jīng)過控制器對超聲波信號處理即可得到第一類參數(shù)；在第二測試狀態(tài)時，控制器驅(qū)動待測換能器和參考換能器分別向彼此發(fā)射超聲波，然后控制器處理參考換能器和待測換能器各自接收到的超聲波信號即可得到第二類參數(shù)。該性能測試設(shè)備操作簡便，可用于超聲波換能器的研發(fā)、試驗和生產(chǎn)中，對換能器的最佳工作頻率、效率、響應(yīng)時間和余振等工作參數(shù)進(jìn)行測量。
【附圖說明】
[0013]附圖是用于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于下述附圖及【具體實施方式】。在附圖中:
[0014]圖1和圖2分別是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的超聲波換能器形成測試設(shè)備處于第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3和圖4是圖1和圖2中超聲波換能器形成測試設(shè)備中滑軌等裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于下述的【具體實施方式】。
[0017]在本發(fā)明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如“上”、“下”、“左”、“右”通常指附圖所示的上、下、左、右位置，使用的方位詞“內(nèi)”、“外”通常指圖示結(jié)構(gòu)輪廓的內(nèi)、外。
[0018]參照圖1至圖4所示，根據(jù)本發(fā)明【具體實施方式】的超聲波換能器性能測試設(shè)備，具有第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)，并包括:控制器，該控制器能夠電連接于待測換能器I以驅(qū)動該待測換能器I發(fā)射超聲波；第一反射裝置2，在所述第一測試狀態(tài)時，所述第一反射裝置2將所述待測換能器I發(fā)射的超聲波反射回所述待測換能器I ;參考換能器3，所述控制器電連接于該參考換能器3，在所述第二測試狀態(tài)時，所述參考換能器3接收所述待測換能器I發(fā)射的超聲波并在所述控制器驅(qū)動下向所述待測換能器I發(fā)射超聲波；調(diào)節(jié)裝置4，該調(diào)節(jié)裝置4能夠調(diào)節(jié)以使所述超聲波換能器性能測試設(shè)備在所述第一測試狀態(tài)和所述第二測試狀態(tài)間切換。
[0019]在上述實施方式中，控制器可以采用單片機、DSP等。調(diào)節(jié)裝置4可以形成為多種結(jié)構(gòu)和形式，例如通過可以調(diào)節(jié)待測換能器I的位置或朝向、調(diào)節(jié)第一反射裝置2和參考換能器3的位置或者通過改變超聲波的傳播方向，以使超聲波換能器性能測試設(shè)備在第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)之間切換，這些變形實施方式均屬于本發(fā)明的構(gòu)思范圍，其優(yōu)選實施方式將在以下詳述。
[0020]如圖1所示，當(dāng)切換至第一測試狀態(tài)時，控制器驅(qū)動待測換能器I發(fā)射超聲波，經(jīng)過第一反射裝置2反射后，超聲波傳播至待測換能器I并被該待測換能器I接收，經(jīng)過控制器對反射回的超聲波信號處理即可得到待測換能器I的第一類參數(shù)，如效率、最佳工作頻率等；如圖2所示，當(dāng)切換至第二測試狀態(tài)時，控制器驅(qū)動待測換能器I和參考換能器3分別向彼此發(fā)射超聲波，然后控制器處理參考換能器3和待測換能器I各自接收到的超聲波信號即可得到第二類參數(shù)，如響應(yīng)時間、余振等。該性能測試設(shè)備操作簡便，可用于超聲波換能器的研發(fā)、試驗和生產(chǎn)中。
[0021]結(jié)合圖1至圖4，根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的超聲波換能器性能測試設(shè)備中，調(diào)節(jié)裝置4通過調(diào)節(jié)待測換能器I的位置，以使所述待測換能器I選擇性地朝向所述第一反射裝置2或所述參考換能器3。
[0022]進(jìn)一步地，調(diào)節(jié)裝置4可以包括滑軌41和安裝在該滑軌41上的支撐臺42，待測換能器I能夠安裝在所述支撐臺42上并隨該支撐臺42沿所述滑軌41在所述第一測試狀態(tài)和所述第二測試狀態(tài)之間滑動。并且，由于在第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)時，待測換能器I工作表面的中心需分別與第一反射裝置2和參考換能器3的中心嚴(yán)格要求在同一鉛垂線上，所以對支撐臺42定位的要求較高，為此，可以在所述滑軌41上設(shè)置用于將所述支撐臺42定位在所述第一測試狀態(tài)和/或所述第二測試狀態(tài)的定位裝置43。例如，定位裝置43可以為分別對應(yīng)于第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)設(shè)置的兩個拉環(huán)分度銷。作為一種可選實施方式，還可以在滑軌41上對應(yīng)于第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)的位置設(shè)置擋塊(未示出)，以對支撐臺42和待測換能器I定位。
[0023]另外，如圖3和圖4所示，由于還可以在支撐臺42上設(shè)置操縱機構(gòu)(如推拉式夾鉗)，以操縱控制器與待測換能器I的電連接和斷開。例如，在支撐臺42上設(shè)置電連接于控制器的探頭，當(dāng)需要驅(qū)動待測換能器I發(fā)射超聲波時，推動推拉式夾鉗即可使探頭接觸待測換能器I上的觸點，以將控制器電連接于待測換能器1，這種設(shè)置方式更換待測換能器I以提高測試效率。
[0024]為了便于安裝上述滑軌41等裝置，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的超聲波換能器性能測試設(shè)備還可以包括試驗箱6，所述第一反射裝置2和所述參考換能器3位于所述試驗箱6中，所述滑軌41安裝在所述試驗箱6外側(cè)，并且，所述試驗箱6上可以形成有沿平行于所述滑軌41的延伸方向延伸的槽7，所述待測換能器I能夠通過該槽7朝向所述第一反射裝置2或所述參考換能器3。試驗箱6還能防止空氣流動等對超聲波的傳播產(chǎn)生影響，從而保證測試精度?？梢岳斫獾氖?，上述槽7也可以形成為分別對應(yīng)于第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)設(shè)置的兩個孔。
[0025]優(yōu)選地，為了進(jìn)一步防止空氣流動的干擾，本發(fā)明的超聲波換能器性能測試設(shè)備還可以包括導(dǎo)流管5，在所述第二測試狀態(tài)時，所述導(dǎo)流管5從所述參考換能器3延伸至所述待測換能器I。
[0026]以上所述實施方式中的第一反射裝置2可以為任意一種能夠反射超聲波的裝置，優(yōu)選地，第一反射裝置2為球面反射鏡，以具有較高的反射效率，提高測試精度。
[0027]另外，沿著超聲波的傳播路徑，在所述第一測試狀態(tài)時所述待測換能器I與所述第一反射裝置2之間的距離優(yōu)選為在所述第二測試狀態(tài)時所述待測換能器I與所述參考換能器3之間的距離的1/2。當(dāng)?shù)谝环瓷溲b置2為球面反射鏡時，上述待測換能器I與第一反射裝置2之間的距離指待測換能器I與球面反射鏡最低點之間的距離。當(dāng)在第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)對同一待測換能器I測試時，以上設(shè)置由于超聲波的實際傳播距離相等而使測得的參數(shù)具有一致性。
[0028]以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的多種優(yōu)選實施方式，為了更好地理解本發(fā)明，以下以效率和響應(yīng)時間測試為例對本發(fā)明的超聲波換能器性能測試設(shè)備的工作過程進(jìn)行簡單說明，這些說明并不限制本發(fā)明的范圍。
[0029]切換至第一測試狀態(tài)后，接通控制器與待測換能器I之間的電連接，以驅(qū)動待測換能器I發(fā)射超聲波。該超聲波經(jīng)第一反射裝置2反射后被待測換能器I接收，控制器比較待測換能器I發(fā)射的超聲波和接收的超聲波的功率即可得到待測換能器I的效率。
[0030]切換至第二測試狀態(tài)后，分別接通控制器與待測換能器1、控制器與參考換能器3之間的電連接，并分別驅(qū)動待測換能器I和參考換能器3發(fā)射超聲波，控制器比較參考換能器3和待測換能器I接收到彼此發(fā)射出的超聲波信號時間即可得到待測換能器I相對于參考換能器3的響應(yīng)時間。
[0031]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0032]另外，在不矛盾的情況下，可以對上述【具體實施方式】中所描述的具體技術(shù)特征和各個不同實施方式進(jìn)行組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，這些組合同樣屬于本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述超聲波換能器性能測試設(shè)備具有第一測試狀態(tài)和第二測試狀態(tài)，并包括: 控制器，該控制器能夠電連接于待測換能器⑴以驅(qū)動該待測換能器⑴發(fā)射超聲波； 第一反射裝置(2)，在所述第一測試狀態(tài)時，所述第一反射裝置(2)將所述待測換能器(I)發(fā)射的超聲波反射回所述待測換能器(I); 參考換能器(3)，所述控制器電連接于該參考換能器(3)，在所述第二測試狀態(tài)時，所述參考換能器(3)接收所述待測換能器(I)發(fā)射的超聲波并在所述控制器驅(qū)動下向所述待測換能器(I)發(fā)射超聲波； 調(diào)節(jié)裝置(4)，該調(diào)節(jié)裝置(4)能夠調(diào)節(jié)以使所述超聲波換能器性能測試設(shè)備在所述第一測試狀態(tài)和所述第二測試狀態(tài)之間切換。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(4)通過改變超聲波的傳播方向以選擇性地在所述第一測試狀態(tài)或所述第二測試狀態(tài)之間切換。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述待測換能器(I)朝向所述第一反射裝置(2)和所述參考換能器(3)中的一者，所述調(diào)節(jié)裝置(4)為能夠設(shè)置于所述待測換能器(I)與所述一者之間以使所述待測換能器(I)發(fā)射的超聲波傳播至所述第一反射裝置(2)和所述參考換能器(3)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(4)通過調(diào)節(jié)所述第一反射裝置(2)和所述參考換能器(3)的位置，以選擇性地使所述待測換能器(I)朝向所述第一反射裝置(2)或所述參考換能器(3)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(4)通過調(diào)節(jié)所述待測換能器(I)的位置，以使所述待測換能器(I)選擇性地朝向所述第一反射裝置(2)或所述參考換能器(3)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(4)包括滑軌(41)和安裝在該滑軌(41)上的支撐臺(42)，所述待測換能器(I)能夠安裝在所述支撐臺(42)上并隨該支撐臺(42)沿所述滑軌(41)在所述第一測試狀態(tài)和所述第二測試狀態(tài)之間滑動，并且，所述超聲波換能器性能測試設(shè)備還包括用于將所述支撐臺(42)定位在所述第一測試狀態(tài)和/或所述第二測試狀態(tài)的定位裝置(43)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述超聲波換能器性能測試設(shè)備還包括試驗箱￠)，所述第一反射裝置(2)和所述參考換能器(3)位于所述試驗箱(6)中，所述滑軌(41)安裝在所述試驗箱(6)外側(cè)，并且，所述試驗箱(6)上形成有沿平行于所述滑軌(41)的延伸方向延伸的槽(7)，所述待測換能器(I)能夠通過該槽(7)朝向所述第一反射裝置(2)或所述參考換能器(3)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述超聲波換能器性能測試設(shè)備還包括導(dǎo)流管(5)，在所述第二測試狀態(tài)時，所述導(dǎo)流管(5)從所述參考換能器(3)延伸至所述待測換能器(I)。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，所述第一反射裝置(2)為球面反射鏡。10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的超聲波換能器性能測試設(shè)備，其特征在于，沿著超聲波的傳播路徑，在所述第一測試狀態(tài)時所述待測換能器(I)與所述第一反射裝置(2)之間的距離為在所述第二測試狀態(tài)時所述待測換能器(I)與所述參考換能器(3)之間的距離的1/2。
【文檔編號】G01D21/02GK105891617SQ201410452114
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年9月5日
【發(fā)明人】遲瑞東, 遲瑞娟, 李靜靜, 王康俊, 王學(xué)龍, 梁義正
【申請人】濟(jì)南希聲計量技術(shù)有限公司