功率超声换能器辐射声功率的激光干涉测量

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1、功率超声换能器辐射声功率的激光干涉测量钱梦碌胡文样高文同济大学声学研究所上海年月日收到摘要利用激光干涉仪,绝对测定超声换能器表面的振动位移振速并由此而确定超声换能器的辐射声功率对一增幅杆型的超声换能器辐射声功率测量的实验结果表明,在本文的声功率测量范围内,空化对换能器表面的振动位移测量影响不大,而且该换能器的电声功率转换效率经实验测定可达到关锐词激光干涉,位移振幅,辐射声功率丫己丫七,幻万宜了,五五,,,引言射声功率的技术难以应用。因此,通过直接测,量辐射声源的力学参量而来确定辐射声功率超声换能器辐射声功率的测

2、定,对于换能将是一条值得探索的新途径。器的研制以及功率超声的应用研究,如超声清利用激光干涉仪,不仅可以绝对地测定辐洗、加工以及声化学的研究都非常重要。由于大射声源的表面位移振幅或振速振幅,而且对,量的功率超声换能器都工作数十的频率范整个辐射声场没有任何干扰这样根据声源围内,而且工作时在液体中又存在空化现象,的辐射阻,就可以由测得的声源表面位移振因而使熟知的浮子法辐射压力法、用标准换速来确定辐射声功率下面将对该方法的原能器检测声场的声压法等直接在声场中测量辐理、方法及实验系统作简要介绍。国家自然科学基金资助项目卷

3、期©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net原理干涉条纹数,就可以得到超声换能器的表面位移振幅激光干涉测量功率超声换能器的原理及实一入验系统如图所示。被测的超声换能器与盛一有液体的容器放在迈克尔逊干涉仪的一个光臂。而表面的振速振幅为中。一束功率为的一激光林,拼经分光镜分为两束一束经参。。国二入考镜反射后透过和扩束镜而到达光电检测器,另一束经过容器上的透光窗口入超声射到换

4、能器振动表面,而后反射回,再由功率源反射经透镜到检测器。这两支光束在检测平面上形成一组宽度为的干涉条纹。位换能器于干涉条纹处的光电检测器的输出光电流为,一擎如果换能器表面产生一位移若,使干涉仪中的两支光束之间的光程差改变了一个真空中的光波波长入,即峪从是液体的折射率,干涉条纹在检测器处就移过一条条纹,即条纹的位移,于是,图激光干涉测量辐射声功率原理及实验系统石对于插入式增幅杆超声换能器,相当于一久个半径为,表面振速。。。的无幕,,,,活塞它的辐射声阻在低频下可近似为冈所以当换能器表面的位移著时在处检测器的输出光

5、电流为、、。吸八,、,户一‘、已《泌而句‘一‘。“一。。·亡一,。冬—式中,和分别为液体的密度和声速,,。式中了为超声换能器工作频率利用式无二。可以得到于是,已知液体的、、、换能器的、「仃、半径及工作频率和激光波长久由实验测一不二一一二一‘入一‘一“刁定的条纹数,就可以从式和直接确—一式清楚地表明,光电检测器输出定超声换能器在液体中的辐射声功率飞·的,一。一了,光电流信号是一个调频信号它的瞬时频、去一一率直接正比于换能器表面的瞬时振速,而且当换能器表面位移变化一个入时,光电检测实验结果器的输出信号就改变一个周期

6、,相应于在检。,,测器处移过一条条纹于是用存贮示波器利用激光干涉测振技术对中国科学院声记录下光电流信号,直接测出学研究所研制的功率超声换能器在水中的辐射声功率进行了测定,用图所示实验系统。换能器在半个振动周期中检测器上移过的应用声学©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net,、、在测试前必须仔细调整换能器与功放之数按式计算得到的辐射声功率林飞以及,间的匹配和换能器的工作

7、频率使换能器尽可标称电声功率转换系数叮二等均已列,。,能工作在谐振状态有大的声输出而后使换于表在计算飞时相应的参量分别为能器在频率跟踪状态下工作。在不同的标称激,励电功率乞价是电流下用存贮示波器户,,记录下光电检测器的输出波形然二一,后再输入微机以便进一步处理。入,拼图是在不同电功率激励下超声换能器表,面振动而产生的光电输出信号的波形由这些波形所得到的干涉条纹数、相应的实验参表激光干涉测超声换能器的辐射声功率的实验结果吃刀”勺哄滩,一李亡睁卜零聋摹卜些月“以’’‘。八,产钻户,,,卜︶窗〔明叼占‘口》目,斤’卜

8、二二一卜卜州协协图不同电功率激励下超声换能器位移的对应光电输出·,激励电功率刀下转第页卷期©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net表数字电感的动态匹配效果静态电容理论匹配值实际匹配值口翰出机械臂电流一,。下降振动系统的振幅减小一,采用数字电感