一种超声波声强测量仪的校准方法及其校准系统与流程

1.本发明涉及超声波声强测量仪校准领域，更具体地，涉及一种超声波声强测量仪的校准方法及其校准系统。


背景技术：

2.近年来超声波清洗技术得到了迅速发展，目前企业中应用超声波清洗技术清洗机械零件也已经十分广泛，批量清洗尺寸较小的机械零件和单个较大的机械零件时清洗效果很好，因此目前超声波清洗已经在各行各业广泛应用，并且还在不断发展。超声波清洗技术中，液体声场中的超声波强度对清洗机的清洗效果有直接影响，如声强太强会损坏清洗工件，声强太弱清洗效果不好，声强的大小直接影响着超声波清洗、乳化、萃取、分散等的效果。因此，需要对超声清洗机中的声强分布进行测量和监测。
3.现有技术会采用超声波声强测量仪测量液体声场中超声波强度，其中超声波声强测量仪即是一种便携式的可随时随地，快速简便地测量超声声场强度，并直观地给出声强数值的仪器。而超声波声强测量仪的检测精度会影响超声波强度,因此需要对超声波声强测量仪进行检验后，确认超声波声强测量仪的检测精度符合要求才能用于超声波强度的检测。
4.现有一种超声水听器灵敏度多频点绝对校准方法，绝对法校准一般采用两换能器互易法进行，校准过程中需要对发射器——反射靶以及发射器——待校水听器对进行分别定位调节，利用转移阻抗关系即可得到待校水听器的绝对灵敏度量值，校准结果的不确定度较小，但是校准频率较高时，校准效率很低。并且绝对校准的参数单一，不能完全校准超声波声强测量仪。


技术实现要素：

5.本发明为克服上述现有技术中绝对校准的问题，提供一种超声波声强测量仪的校准方法及其校准系统，采用比较法校准的方式进行超声波声强测量仪的校准。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超声波声强测量仪的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.步骤一：取一水槽，去除水槽内的气体；
8.步骤二：将超声换能器装入水槽内，以超声换能器的辐射的声能方向作为测试方向并在该方向设定至少七个不同的测量距离作为校准点；
9.步骤三：将标准水听器放入水槽并令其沿着测试方法移动，并采集标准水听器在校准点上的声压数值和频率计示值f0，并将声压数值转换声强计算值i0(x,y,z)；
10.步骤四：取出标准水听器，将待校准的超声声强测量仪的探头置于水槽中并与标准水听器的原位置重合，采集探头检测的声强示值i
x
(x,y,z)和频率示值f
x
；通过声强示值i
x
(x,y,z)和声强计算值i0(x,y,z)的差得到待校准的超声声强测量仪的声强示值误差ie，通过频率示值f
x
和频率计示值f0的差得到待校准的超声声强测量仪的频率示值误差fe；
11.步骤五：调节超声换能器的输出功率，在超声波声强测量仪测量范围内均匀选取7～10个声强幅值，测量在不同超声声强条件下，超声波声强测量仪声强测量的线性度li；
12.步骤六：声强示值误差ie、频率示值误差fe和线性度li均在校准范围内，则待校准的超声声强测量仪符合使用要求；若声强示值误差ie、频率示值误差fe和线性度li任一数值不在校准范围内，则待校准的超声声强测量仪不符合使用要求。
13.在上述的技术方案中，具有多个校准点，每个校准点都对应有声强示值误差ie、频率示值误差fe，因此这两个数据可最终采用均值计算或所有误差均为标准范围内进行判断。
14.针对于选用的标准水听器，通过对水槽除气，让水听器在水槽内的测量不会受到气泡的影响，确保了每处校准点的数据采集的测量精度。
15.通过选用声强示值误差ie、频率示值误差fe和线性度li三个参数对声强测量仪进行校准判断，多维度对其功能进行检验，让校准结果更加准确。
16.优选的，在步骤一中，对水槽内的液体进行加热至75-85摄氏度并保持至少一个小时，令水槽内的气体受热令气体的溶解度降低，令水槽的水内含有的气体减少从而实现除气。
17.优选的，在步骤三和步骤四中，标准水听器和探头均使用浸润剂彻底清洗，并在水槽浸泡预设的阈值。通过浸润剂彻底清洗标准水听器后，既可以覆盖水听器上的杂质，避免影响水听器的测量。而让水听器在水槽内浸泡预设的阈值直至水听器的温度与水槽内的温度一致，减少温度差对测量结果的影响，也避免存在温度差让水听器周围留有气泡。超声声强测量仪受到气泡影响较小，但对其采用与水听器一样的处理方式，可以减少两者之间的差异，再进行对比会更加准确，减少其他因素的干扰。
18.优选的，标准水听器沿着测试方法移动过程中还需满足以下两个条件：其一是标准水听器的测量距离均大于或等于超声换能器的直径，也就是校准点与超声换能起的距离大于或等于超声换能器的直径，另一条件是标准水听器在校准点处的声压大于或等于标准水听器距离超声换能器最近位置处的声压的三分之一，距离超声换能器最近位置处的声压的三分之一是标准水听器贴合在超声换能器上所检测到的声压。在满足这两个的条件下，声强i(x,y,z)和声压p(x,y,z)有以下关系：
[0019][0020]
式中，ρ为水密度；c为水中声速。在能够满足这个关系的情况下，能够将声压准确无误地转换成声强。另外，为了避免校准点获得的信号值过小影响对比测试的效果，限制校准点所采集的声压信号不能过小，避免影响数值的采集的转换。
[0021]
优选的，线性度li具体计算如下：
[0022][0023]
[0024][0025]
式中：a0为声强拟合直线的截距，w/m2；a1为声强拟合直线的斜率，w/m2；i
x
(x,y,z)为超声波声强测量仪声强测量值，w/m2；i0(x,y,z)为标准水听器声强计算值，w/m2；ir为超声波声强测量仪的量程，w/m2。
[0026]
优选的，在所述步骤二中，校准点均为与超声换能器的中心线上，校准点处于同一水平面，更加方便标准水听器和探头移动到每一处校准点。
[0027]
一种超声波声强测量仪的校准系统，用于实现上述的校准方法，包括水槽、数据采样模块、均安装于所述水槽内的超声换能器和用于夹持水听器或探头的夹持工装，所述夹持工装可在水槽内移动；所述数据采样模块包括标准水听器、与所述标准水听器输出端电连接的声学采集设备、与所述声学采集设备的输出端电连接与计算终端和与所述水听器输出端电连接的频率计。
[0028]
在该系统中，标准水听器安装在夹持工装上。开始测试后，移动夹持工装依次在校准点处停留并通过声学采集设备对在校准点上的水听器进行数据采集，采集的声压数值传输至计算终端转换为声强数值，同时读取频率计的数值。所有校准点的数据采集完之后，取下水听器，夹持工装复位。将超声声强测量仪的探头安装在夹持工装上，移动夹持工装令探头停留在相同的校准点上，通过超声声强测量仪测量在该处校准点的声强示值和频率示值。夹持工装复位，调节超声换能器的输出功率，移动超声声强测量仪，在超声波声强测量仪测量范围内均匀选取7～10个声强幅值，从而实现线性度数据的采集。
[0029]
夹持工装可以手动移动也可以驱动夹持工装移动的驱动组件，驱动组件可以是滑台模组，夹持工装安装在滑块上。驱动组件可以输送带组件，夹持工装安装在输送带上。
[0030]
优选的，所述数据采样模块还包括前置放大器，所述标准水听器的输出端与前置放大器的输入端电连接，所述前置放大器的输出端分别与所述频率计的输入端和所述声学采集设备的输入端电连接。通过前置放大器放大标准水听器的信号，让信号更容易被采集和识别。
[0031]
优选的，所述超声换能器的输入端电连接有信号控制模块；所述信号控制模块包括信号发生器和与所述信号发生器输出端电连接的功率放大器，所述功率放大器与所述超声换能器的输入端电连接。通过调节函数信号发生器和功率放大器输出信号和功率放大倍数，调整超声换能器输出功率。信号发生器可以是可编程控制信号源或函数信号发生器。
[0032]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过标准水听器和超声声强测量仪之间的数值差值比较，得到超声声强测量仪测量数值的误差，同时通过对超声声强测量仪的线性度进行计算，最终用比较法校准获得的声强示值误差、频率示值误差和线性度三个参数作为校准指标，最终实现超声声强测量仪的准确校准。
附图说明
[0033]
图1为本发明的一种超声波声强测量仪的校准方法的流程图；
[0034]
图2为本发明的一种超声波声强测量仪的校准系统的结构示意图；
[0035]
图3为本发明一种超声波声强测量仪的校准方法的测试方向的示意图。
[0049]
步骤五：调节超声换能器的输出功率，在超声波声强测量仪测量范围内均匀选取7～10个声强幅值，测量在不同超声声强条件下，超声波声强测量仪声强测量的线性度li；
[0050]
线性度li具体计算如下：
[0051][0052][0053][0054]
式中：a0为声强拟合直线的截距，w/m2；a1为声强拟合直线的斜率，w/m2；i
x
(x,y,z)为超声波声强测量仪声强测量值，w/m2；i0(x,y,z)为标准水听器声强计算值，w/m2；ir为超声波声强测量仪的量程，w/m2。
[0055]
步骤六：声强示值误差ie、频率示值误差fe和线性度li均在校准范围内，则待校准的超声声强测量仪符合使用要求；若声强示值误差ie、频率示值误差fe和线性度li任一数值不在校准范围内，则待校准的超声声强测量仪不符合使用要求。
[0056]
本实施例的工作原理：在上述比较法校准的方法中具有多个校准点，每个校准点都对应有声强示值误差ie、频率示值误差fe，因此这两个数据可最终采用均值计算或所有误差均为标准范围内进行判断。通过选用声强示值误差ie、频率示值误差fe和线性度li三个参数对声强测量仪进行校准判断，多维度对其功能进行检验，让校准结果更加准确。
[0057]
本实施例可至少用于以下型号的超声声强测量仪的校准：zrx-28045、yp-0511a、x0-2008、had-c949；
[0058]
本实施例的有益效果：通过标准水听器和超声声强测量仪之间的数值差值比较，得到超声声强测量仪测量数值的误差，同时通过对超声声强测量仪的线性度进行计算，最终用比较法校准获得的声强示值误差、频率示值误差和线性度三个参数作为校准指标，最终实现超声声强测量仪的准确校准。
[0059]
实施例2
[0060]
一种超声波声强测量仪的校准方法的实施例2，在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于，在步骤二中，在进行标准水听器测量式，对标准水听器和超声换能器的声轴进行精确调整，保证测量的准确性。
[0061]
另外的，在步骤六中，计算各校准点声强示值误差ie和频率示值误差fe的均值，若声强示值误差ie和频率示值误差fe的均值以及线性度li均在校准范围内，则待校准的超声声强测量仪符合使用要求；若声强示值误差ie和频率示值误差fe的均值以及线性度li任一不在校准范围内，则待校准的超声声强测量仪不符合使用要求。
[0062]
其余特征和工作原理与实施例1一致。
[0063]
实施例3
[0064]
包括水槽1、数据采样模块、均安装于水槽1内的超声换能器2和用于夹持水听器或探头的夹持工装3，夹持工装3可在水槽1内移动；数据采样模块包括标准水听器4、与标准水
听器4输出端电连接的声学采集设备5、与声学采集设备5的输出端电连接与计算终端10和与标准水听器4输出端电连接的频率计6。
[0065]
具体的，数据采样模块还包括前置放大器7，标准水听器4的输出端与前置放大器7的输入端电连接，前置放大器7的输出端分别与频率计6的输入端和声学采集设备5的输入端电连接。通过前置放大器7放大标准水听器4的信号，让信号更容易被采集和识别。
[0066]
进一步的，超声换能器2的输入端电连接有信号控制模块8；信号控制模块8包括信号发生器和与信号发生器输出端电连接的功率放大器9，功率放大器9与超声换能器2的输入端电连接。通过调节函数信号发生器和功率放大器9输出信号和功率放大倍数，调整超声换能器2输出功率。本实施例中，信号发生器实是或函数信号发生器。
[0067]
本实施例的工作原理：在该系统中，标准水听器4安装在夹持工装3上。开始测试后，移动夹持工装3依次在校准点处停留并通过声学采集设备5对在校准点上的标准水听器4进行数据采集，采集的声压数值传输至计算终端10转换为声强数值，同时读取频率计6的数值。所有校准点的数据采集完之后，取下标准水听器4，夹持工装3复位。将超声声强测量仪的探头安装在夹持工装3上，移动夹持工装3令探头停留在相同的校准点上，通过超声声强测量仪测量在该处校准点的声强数值和频率。夹持工装3复位，调节超声换能器2的输出功率，移动超声声强测量仪，在超声波声强测量仪测量范围内均匀选取7～10个声强幅值，从而实现线性度数据的采集。
[0068]
本实施例的有益效果：通过该系统能够实现上述的校准方法，并且标准水听器4的数据采集能够实现自动采集并进行转换为声强数值，同时还能对超声声强测量仪的线性度进行校准。
[0069]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。