采用脉 冲频 谱法测量超声换能器的双程插人损 耗.pdfVIP

采用脉冲频谱法测量超声换能器的 双程插人损耗 王 守 强 周 铁 荚 (清华 大 学 物 理 系) 1989年 12月 22日收到 本文根据 IRE标准中提出的插^损耗和双程插^损耗的定义 ，给出了计算实际换能器插八 损 耗 及双程播^损耗的公式．井提出了一种 用酵冲频谱法 漫4量双程插^损耗的方法，用此方法对 自发 自 收换能器的插^损耗进行 了测试，理论和实验基本符台． 在超声无损检测、医疗诊断中所使用的换 能器主要技术指标有： 中心频率、3dB带 宽、 指向性及插入损耗等．对于一个换能器的中心 频率、3dB带宽及指向性的测量方 法 比较 成 熟，其测量方法也比较简单．但测量换能器的 插入损耗却是比较复杂的 ．在一般的实验条 ￡ 件下 ，要精确测定换能器 的插入损耗是比较 困 难的．为了实现对换能器插入损耗 的快速准确 测量，我们提出了一种对换能器插入损耗的简 易测量方法，称之为脉冲频谱法． J l 攮能 器 I 为了讨论方便 ，下面列 出图 l中所使用主 要符号的定义． z。——压 电片力阻抗；c。——压电片夹紧 电容 ； ——压电片厚度振动模式机 电转换 系 数；Z ——负载力阻抗；Zr一 背衬力阻抗； L=ZL R ——信号源内阻． 插入损耗是衡量换能器能量转换效率的重 b【) 要指标．根据 IRE标准，插入损耗定义为在能 量传输系统中，电源经换能器传送到负载介质 图l 换能器梅森等效电路()和插^换能器前的电路 【) 的功率P。与电源传送到与其 内阻R 等值的纯 程需要换能器自发 自收方式工作，因此需要计 阻负载上的功率 之 比．插入损耗通 常 表 示 入接收全过程换能器的插入损耗．这样就得到 为分贝的形式 ． 了换能器发射、接收两过程的插入损耗 ，即双程 L— lOlog( ／P) (dB) (1) 插入损耗 “ 】． 式中 P。一 畦 ·RL； 一 ·RL 下面我们讨论 自发 自愎工作方式换能器的 由(I)式即可求出发射换能器的插入损耗， 等效电路．换能器后端面为空气，即空气背衬． 即单程插入损耗．在实际应用中，许多检测过 忽略负载介质中的传播损耗和声场扩散的影响 l0卷 5期 盎射等投电P}} 负救 接ll5[等效电路 图 2 自发 自收换能器梅森等效电路(a)和插^换能器前的电路形式 (b) 等 ，换能器 自发 自收方式 的等效 电路如 图2所 · (1+jc。R)／Rs‘{za+z 示． RTIL一 10log( ，P．) (dB) (2) 伸z。)(蠡 +蔫 + 式中P．一÷vllRs；Pb一÷VURs．将P、 )+(z。伸 。争) P表达式代人式(2)得 RTIL一 20log( ／2VR) (dB) (3) · (z+ )} () 式中 、 分别为接收信号幅值和 电源 激 励 脉冲信号幅值．下面授们着重分析影响接收信 当不考虑负载介