低超声频辐射力天平制造技术

一种涉及测量低频超声换能器在水中的输出声功率的声功率计装置，尤指一种主要应用于超声处理、加工、清洗、化学、医疗和水声工程等行业的超声设备的输出声功率的低超声频辐射力天平。本实用新型专利技术设有换能器安装架、半球形凹面吸收靶、测力系统、测量水槽、除气水、悬吊细丝、悬吊传力支架以及浮子块等部件组合为一整体的测量装置。主要解决如何设计半球形凹面吸收靶的结构问题，还要解决其它多种特殊设计的吸收靶的组合等有关技术问题。本实用新型专利技术的优点是：成功地解决了在10kHz‑100kHz频率范围内的低超声频换能器超声功率测量问题，具有多种结构形式的吸声橡胶尖劈单元，使用方便，提高效率，减少参数误差等优点。

Low and ultra acoustic radiation force balance

A device for measuring the sound power to low frequency ultrasonic transducers in acoustic power output water meter, ultra low acoustic radiation force balance output acoustic power ultrasonic equipment is a major application especially in ultrasonic processing, processing, cleaning, chemical, medical and other industries of the underwater acoustic engineering. The utility model is provided with a transducer mounting frame, hemispherical concave surface absorbing target and measuring system, measuring water tank, degassing water, Suspension Suspension filament, force transfer bracket and the float block and other parts are combined into a whole measuring device. It mainly solves the structural problem of how to design the hemispherical concave absorption target, and also solves the technical problems of other kinds of specially designed absorption target combinations. The utility model has the advantages that successfully solves the problem of low super audio transducer ultrasonic power measurement in 10kHz 100kHz frequency range, the sound absorption wedge rubber unit has a variety of structure has the advantages of convenient use, improve efficiency, reduce the advantages of parameter error.

【技术实现步骤摘要】
低超声频辐射力天平
本技术涉及一种测量低频超声换能器在水中的输出声功率的声功率计装置，属于声学计量仪器领域,尤指一种主要应用于超声处理、加工、清洗、化学、医疗和水声工程等行业的超声设备的输出声功率的测量装置。
技术介绍
辐射力天平RFB(radiationforcebalance)是超声换能器的声输出功率测量的基本方法。是国际电工委员会IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)标准IEC61161-:2013和中国国家标准GB/T7966-2009规定的标准方法。它利用测量靶(一种量器)在水中截取全部声束的能量流——声功率，测得靶上所受的轴向辐射力再用相应的换算系数将其换算成声功率。但目前RFB法只能测定在自由场里的集束的超声波(平面波，聚焦波)束，要求声源的尺寸至少大于煤质中的声波长。即ka＞5，其中：k＝2π/λ为声波数，a为低超声频换能器的辐射面半径，λ为水中的声波长。在不满足这一条件的低频超声波，由于声波发生几乎全向性的发散，声辐射中包含后向和侧向发射波，传统的辐射力天平装置就失效了。因此迄今RFB法一般只适用于500kHz－15MHz的超声功率测量，无法用于低超声频功率测量。目前的测量低频声功率的标准方法是声压法(GB/T7965-2002)。使用已校准的水听器测量在声源声场的远场声压分布，在远场里做三维球面扫描,测定三维指向性图案，应用三维球面声强积分，计算得到发射声功率。此法要测量声场分布，比较费时效率低，计算中参数误差较大，还需使用已校准的水听器(包含校准不确定度10％)，因此属于二级测量，测量不确定度约为30％。
技术实现思路
为了克服上述不足之处，本技术的主要目的旨在提供一种全新的测量低超声频换能器的输出声功率的辐射力天平装置。利用水面的反射效应把后向发射波的声能流(声功率)反射回来，与前向发射的直达波叠加，形成合成声场。通过特殊设计的吸收靶，截获全部声能量流(声功率)，接收合成声场在所有方向的声强分量，利用靶上所受的全部轴向辐射力分量，将其叠加成可供测量的轴向总辐射力。本技术的核心是半球形凹面吸收靶的结构设计，使用测力系统测得靶上所受的轴向总辐射力，再将其换算成声功率的低超声频辐射力天平。本技术要解决的技术问题是：主要解决如何设计半球形凹面吸收靶的结构问题，要解决其它多种特殊设计的吸收靶的结构问题，还要解决各种吸声橡胶尖劈单元的组合等有关技术问题。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：该低频辐射力天平包括换能器安装架、半球形凹面吸收靶、测力系统、测量水槽、除气水、悬吊细丝、悬吊传力支架、浮子块以及待测的低超声频换能器等部件；半球形凹面吸收靶安装在注满除气水的测量水槽内，用悬吊细丝悬挂在悬吊传力支架上端的环上，其孔径平面朝上处于水下贴近水面处，悬吊传力支架下部的平面坐落在测力系统电子天平的称盘上，上述各部件组合为一整体低超声频辐射力天平，其中：待测的低超声频换能器通过换能器安装架固定在测量水槽上方，其发射端面向下，浸没在水中贴近水面处，半球面吸收靶的孔径面朝上平行于水平面，其球心与低超声频换能器的端面中心重合，测量水槽安装在悬吊传力支架内且相互不接触，测量水槽内充满除气水,浮子块通过粘结剂粘结在半球形凹面吸收靶的中下部，其浮力中心要高于靶的重力中心,换能器安装架的基座安装固定在测力系统的同一水平面上。进一步的，所述的低超声频辐射力天平低超声频换能器的辐射面要浸入到水面以下1mm-2mm的深度位置，其辐射面向下，中心要在半球形凹面吸收靶的球心位置。进一步的，所述的低超声频辐射力天平的半球形凹面吸收靶的凹面朝上，其孔径面测量时置于在水面以下1mm-2mm的深度位置。进一步的，所述的低超声频辐射力天平的半球形凹面吸收靶的几何尺寸与超声波频率有关，在10kHz-100kHz频率范围内，几何尺寸为：球心到所有尖劈顶点的距离R＞πa2/λ,其中a为低超声频换能器的辐射面半径，λ为水中的声波长，尖劈锥部的顶角＜32°；单个锥体的底部的宽度w＝长度d，w＝d≤15mm,锥体的底座的厚度t≥10mm。进一步的，所述的低超声频辐射力天平的半球形凹面吸收靶由相同的菱锥形吸声橡胶尖劈单元组成，紧密而均匀地布设组成马赛克凹球面，拼接成贴面贴复在不锈钢或塑料制成的半球形凹面薄壳内壁。进一步的，所述的低超声频辐射力天平的半球形凹面吸收靶由不同直径的吸声橡胶圆环形尖劈单元组合而成，它们是横截面为等腰三角形加矩形基座的吸声橡胶尖劈圆环，圆环的横截面相同，圆环直径依次递增，由下往上连续叠合起来，形成半球形整体凹面吸收靶结构，其几何参数设有球心到尖劈顶端的距离R，尖劈高度为h，底座厚度为t，宽度为w和半凹球形靶的外直径D。进一步的，所述的低超声频辐射力天平的菱锥形吸声橡胶尖劈单元由一个尖劈高度为h、底面为正方形，边长为宽度w＝长度d的正四角菱锥形的上部，和一个与其相连的底座厚度为t边长为d＝w的正方体下部组成，两者连为一体，在模具中浇灌吸声橡胶固化后成为一体的结构。进一步的，所述的低超声频辐射力天平的吸声橡胶尖劈单元的组合，为特种整体浇注成型结构，所有尖劈单元的对称轴均指向半球的球心。进一步的，所述的低超声频辐射力天平的半球形凹面吸收靶的声反射系数≤0.10，声吸收系数≥99％。本技术的有益效果是：该辐射力天平克服了现有低超声频换能器功率测量的不足之处，成功地解决了在10kHz-100kHz频率范围内的低超声频换能器超声功率测量问题，通过半球形凹面吸收靶的结构设计，利用水面的反射效应把后向发射波的声能流反射回来，与前向发射的直达波叠加，形成合成声场，使用测力系统测得靶上所受的轴向总辐射力，再将其换算成声功率的组合装置，具有多种结构形式的吸声橡胶尖劈单元，使用方便，提高效率，减少参数误差等优点。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图1为本技术的基本典型结构示意图；附图2为本技术采用防水测力传感器的结构示意图；附图3为本技术用于超声清洗机换能器的声功率测量示意图；附图4为本技术半球形凹面吸收靶的吸声橡胶菱锥形尖劈单元典型结构示意图；附图5为本技术截面为等腰三角形的吸声橡胶尖劈圆环构成的整体半球形凹面吸收靶的结构示意图；附图中标号说明：1—换能器安装架；2—半球形凹面吸收靶；3—测力系统；4—测量水槽；5—除气水；6—悬吊细丝；7—悬吊传力支架；8—浮子块；9—低超声频换能器；h—尖劈的高度；t-底座厚度；d-底座长度；w-底座宽度；F-轴向辐射力；D-半凹球形靶的外直径；R-球心到尖劈顶端的距离；具体实施方式请参阅附图1、2、3、4及5所示，本技术设有换能器安装架1、半球形凹面吸收靶2、测力系统3、测量水槽4、除气水5、悬吊细丝6、悬吊传力支架7、浮子块8以及待测的低超声频换能器9等部件；半球形凹面吸收靶2安装在注满除气水5的测量水槽4内，用悬吊细丝6悬挂在悬吊传力支架7上端的环上，其孔径平面朝上处于水下贴近水面处，悬吊传力支架7下部的平面坐落在测力系统3电子天平的称盘上，上述各部件组合为一整体低超声频辐射力天平，其中：待测的低超声频换能器9通过换能器安装架1固定在测量水槽4上方，其发射端面向下，浸没本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低超声频辐射力天平，其特征在于：包括换能器安装架(1)、半球形凹面吸收靶(2)、测力系统(3)、测量水槽(4)、除气水(5)、悬吊细丝(6)、悬吊传力支架(7)、浮子块(8)以及低超声频换能器(9)；半球形凹面吸收靶(2)安装在注满除气水(5)的测量水槽(4)内，用悬吊细丝(6)悬挂在悬吊传力支架(7)上端的环上，其孔径平面朝上处于水下贴近水面处，悬吊传力支架(7)下部的平面坐落在测力系统(3)电子天平的称盘上，上述各部件组合为一整体低超声频辐射力天平，其中：待测的低超声频换能器(9)通过换能器安装架(1)固定在测量水槽(4)上方，其发射端面向下，浸没在水中贴近水面处，半球面吸收靶(2)的孔径面朝上平行于水平面，其球心与低超声频换能器(9)的端面中心重合，测量水槽(4)安装在悬吊传力支架(7)内且相互不接触，清洗水槽(4)内充满除气水(5),浮子块(8)通过粘结剂粘结在半球形凹面吸收靶(2)的中下部，其浮力中心要高于靶的重力中心,换能器安装架(1)的基座安装固定在测力系统(3)的同一水平面上。

【技术特征摘要】
1.一种低超声频辐射力天平，其特征在于：包括换能器安装架(1)、半球形凹面吸收靶(2)、测力系统(3)、测量水槽(4)、除气水(5)、悬吊细丝(6)、悬吊传力支架(7)、浮子块(8)以及低超声频换能器(9)；半球形凹面吸收靶(2)安装在注满除气水(5)的测量水槽(4)内，用悬吊细丝(6)悬挂在悬吊传力支架(7)上端的环上，其孔径平面朝上处于水下贴近水面处，悬吊传力支架(7)下部的平面坐落在测力系统(3)电子天平的称盘上，上述各部件组合为一整体低超声频辐射力天平，其中：待测的低超声频换能器(9)通过换能器安装架(1)固定在测量水槽(4)上方，其发射端面向下，浸没在水中贴近水面处，半球面吸收靶(2)的孔径面朝上平行于水平面，其球心与低超声频换能器(9)的端面中心重合，测量水槽(4)安装在悬吊传力支架(7)内且相互不接触，清洗水槽(4)内充满除气水(5),浮子块(8)通过粘结剂粘结在半球形凹面吸收靶(2)的中下部，其浮力中心要高于靶的重力中心,换能器安装架(1)的基座安装固定在测力系统(3)的同一水平面上。2.根据权利要求1所述的低超声频辐射力天平，其特征在于：所述的低超声频换能器(9)的辐射面要浸入到水面以下1mm-2mm的深度位置，其辐射面向下，中心要在半球形凹面吸收靶(2)的球心位置。3.根据权利要求1所述的低超声频辐射力天平，其特征在于：所述的半球形凹面吸收靶(2)的凹面朝上，其孔径面测量时置于在水面以下1mm-2mm的深度位置。4.根据权利要求1所述的低超声频辐射力天平，其特征在于：所述的半球形凹面吸收靶(2)的几何尺寸与超声波频率有关，在10...

【专利技术属性】
技术研发人员：寿文德，胡兵，
申请(专利权)人：上海市第六人民医院，
类型：新型
国别省市：上海,31