第1章水听器测声场声功率陆明珠方莉VIP专享

1 第1 章 水听器测量超声换能器辐射声压、声功率 1.1 实 验 目 的 1、 学习 PVDF（聚偏氟乙烯）针式水听器（PVDF Needle Hydrophone）、膜式水听器（Membrane Hydrophone）、光导纤维水听器（FOPH, Fiber Optic Probe Hydrophone）的声压测试原理和辐射力天平测量声功率的测试原理，将其用于测量超声换能器辐射声压和声功率。 2、 用 PVDF 针式水听器、膜式水听器 HMA-0200、光导纤维水听器 FOPH2000 测量单阵元聚焦超声换能器的辐射声压，掌握实验步骤和过程。 3、 比较三种水听器的优缺点和适用范围。 1.2 数 学 物 理 原理 1.2.1 PVDF 针式水听器（PVDF Needle Hydrophone）[1] 水听器是把水下声压信号转换为电信号的换能器。当压电材料上的压力 (声扰动 )发生变化时，压电材料内部的电荷分布就会成比例地发生变化并且会以电压信号的形式体现出来，因此可通过压电元件表面上的电极提取这些电荷，经电压放大器或电荷放大器放大后，由信号处理示波器显示出能反映声波波形的图像,这样就以很直接的方法完成了超声声场中声压的测量。 目前所采用的水听器主要有PVDF（Polyvinylidene Fluoride）针式水听器，PVDF 膜式水听器以及光导纤维水听器 FOPH。PVDF 材料由于灵敏度高和声阻抗优在电声换能器得到广泛应用。下面首先 介 绍 PVDF 针式水听器。 顾 名 思 义 ，PVDF 针式水听器是针形的。针式水听器由于直径 很小 因而 可检 测测量点的声压，实际 上是针式水听器直径 尺 寸 范围的平均 声压； 原则 上针式水听器的直径 越 小 越 好 ，至 少 小 于声场的 1个 波长 ，如15MHz 的声场，则 针式水听器的直径 要小 于 0.1mm。针式水听器是测量声场和声压的首选 换能器（一 级 标 准 测量工 具 ），适合 连 续 波和脉 冲 波的测量。针式水听器针尖 上有一 层 通常 为几 个微 米 厚 的 PVDF 薄 膜，现在可以做 到9－ 28μm 的膜厚 ，这层 薄 膜就相 当于一 个 高灵敏度的压电换能器，能将接收 到的声压信号转换为相 应的电压信号，目前换能器直径 可做 到40μm－ 1mm，在1－ 35MHz频 率范围针式水听器具 有平坦 的测量特 性 。 针式水听器及其原理图如 下所示： (a) 针式水听器外 观 图 (b) 针式水听器原理结 构 图 图1.1 针式水听器结 构 及外 形[1] 2 由于水听器针尖的聚偏氟乙烯薄膜非常脆弱，因此使...