新型超声声场测量方法研究.pdf

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1、EquipmehtManufacturingTechnologyNo．3，2014新型超声声场测量方法研究任坤(河南工业大学，河南郑州450007)摘要：针对目前超声声场的一些测量方法存在的问题，设计加工了一种结构简单、操作方便、精确度较高的新型三坐标超声声场测量系统。利用该测量系统对声场分布进行测量，并将测量结果与有限元仿真分析对比，二者的符合程度较好。验证了该新型测量方法的可行性。关键词：超声；声场测量；有限元仿真中图分类号：TB559文献标识码：B文章编号：1672—545X(2014)03-0118—02

2、随着科学技术的发展，超声技术不仅在工农业像法、碘释放法等。染色法一种是利用胆甾型液晶的技术中获得广泛应用，而且已经渗透到国防、生物、温度会随着薄膜吸收声能的变化而变化的原理，通医学及航空航天等高科技领域【l】。声量的测量中，被过形成的彩色图案反映声场的分布；另一种是基于测的基本量是声功率和声压及其时间、空间分布12]。染料优先附着于声能较大的地方的原理，将纸板放目前声场的测量方法可分为直接测量法和间接测量入一定浓度的染料水溶液中，经声场短时间辐射后，法，直接测量法测量超声场的声压、声强、声功率等，在纸板上得到代表

3、声场空间分布和声强大小的染料间接测量法通过观察空化的效果间接测量声场。由图案。薄膜腐蚀法也称铝箔腐蚀法，用铝箔被腐蚀之于目前常用的声场测量方法存在误差大、成本较高、后的质量损失量来衡量声空化强度。这种方法要求铝不易操作等问题，在保证测量结果准确的前提下，为箔表面平整、光洁度一致，且置于声场的时间不能过节约成本且使测量方便操作，设计了一种新型的声长，铝箔甚至会发生整块脱落现象。声致发光成像法场测量系统并对声场分布进行测量，实测结果与利用声致发光原理，通过了解空化场的分布情况来描ANSYS仿真的结果进行对比，二者的符

4、合程度较好。述空化场的声致发光强度。碘释放法是在溶液中加入少量淀粉，并用硫代硫酸钠溶液滴定，当溶液恢复物1声场测量方法[a-a]色时，由硫代硫酸钠的滴定消耗量即可确定碘的释放量，并将其视为声化学的产额。这几种间接测量法1．1直接测量法受外界客观因素影响都很大会造成较大误差。直接测量法一般有水听器法、辐射力法、光纤探测法、热敏探头法等。水听器法最常用的是利用压电2新型三坐标声场测量系统效应工作的压电式声压水听器，但该法无法在空气场中使用。辐射力法是液体中超声场声功率测量的一种设计的测量系统如图1所示，分为测量部分和

5、基本测试方法，其侧重点是测量平面波的声功率，误信号发生及分析两部分。测量部分为一个三坐标的差较大。光纤探测法通过分析光纤中被声场所调制的测量架，架子的材料为铝型材，从而减轻架子的重光信号从而可以得到声信号，但成本较高。热敏探头量，且铝材价格较低可大大节省成本。在架子的底端法是在吸热材料中植人热电偶或热敏元件，测出初始四个脚上均安装调整手轮，用以保证测量架的水平温升或平衡温度与介质温度之差，再通过它们与声强度。超声换能器被夹持在架子的横梁上，通过竖直方之间的关系就可计算出声场强度，这种方法受吸热材向的丝杠带动换能器

6、上下移动。固定传感器的滑块料的影响太大，且不易对声场分布进行描述。则通过横向和纵向的两根丝杠实现水平方向的移1．2间接测量法动，传感器与换能器相对运动从而可以测出整个声间接测量法有染色法、薄膜腐蚀法、声致发光成场的空间声场分布。收稿日期：2014—01-07作者简介：任坤(1986一)，男，河南郑州人，硕士研究生，研究方向：先进制造技术及装备。118《装备制造技术)2014年第3期实测结果的正确性，通过多场耦合分析方法对超声振动聚焦系统在空气中的声场特性进行了ANSYS有限元分析，图4为有限元仿真分析的声场分布云

7、一jI【}ll}-《。’：靠-Ⅱac{a’mnal．{jJI1】1图。实测结果与仿真结果相比较，二者的符合程度较好，从而验证了测试系统的可靠性与准确性。信号发生器2．信号放大器3．示波器图1三坐标声场测试系统图2信号发生及分析系统测量时，将超声换能器开口竖直向上固定在测量架的中间位置，利用QSY8105压阻式压力传感器接收辐射超声。由于压阻式传感器可用于压力、拉图3实测截面声场分布云图图4仿真声场分布云图力、压力差等物理量的测量和控制。当超声波在空气中周期性交替传播时，在传播路径上导致介质质点4结束语压强值的周期

8、性变化，即声压，因此采用压力传感器测量声压是完全可行的。本文阐述了一些常用的声场测量方法，设计了超声信号发生及测量结果显示系统如图2所一种新型空气场声场测量系统。系统采用直接测量示。信号发生器与功率放大器连接，调节功率放大器法对声场声压分布进行测试。该测量系统结构简单旋钮使其预先工作在一定的电压值下，并保持在恒轻巧易操作，所用材料价格较低从而大大节约成本，压状态，通过信号