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公司公告

双脉冲超声波传感系统

发布时间:2016-11-03 17:44:00

  研究与探讨测量人体温度的双脉冲超声波传感系统吴水才,夏雅琴,贾丽芹,彭见曙(北京工业大学生物医学工程中心,北京100022)系统,其工作原理如下:在同步控制脉冲的作用下,泵波和探测波激励电路同时产生激励脉冲送往双超声探头,超声探头发出同轴传输的探测波和泵波,被泵波调制的探测波经。
  常规超声探头结构图压电晶片在激励电压作用下产生机械振动,发出超声波信号,透过前匹配层,进入介质。通常情况下,压电晶片的特性声阻抗比水高得多,这使得出入传播介质时的能量耦合很差。为解决这个问题,通常要在压电晶片前加1/4波长或1/2波长的匹配层,匹配层还同时为换能器电极提供了机械保护,匹层的主要作用是最大限度地吸收由压电晶片产生的背向能量,使得后向传播的超声散射或反射再回传到压电晶片前被完全吸收,因此,要求仔细设计背衬匹配层的形状和材料。如果要产生和检测固定声频率的连续波或长脉冲波,应该采用品质因数高的压电材料,并采用空气做背衬;如果要产生和检测短脉冲波,应采用与压电晶片声阻抗完全匹配的材料做背衬。本文采用后一种,即短脉冲的探测波。
  2.2双脉冲超声探头双脉冲超声探头实际上是在一个探头中装有两个常规超声换能器,一个用于产生高频探测波,另一个用于产生低频加压波(泵波)为了实现对高频探测脉冲波的同轴调制,在高频换能器外周安装一个环行低频换能器,它的主要作用是为高频换能器发出的超声波造成一个大幅度的声压。为了解决两个超声换能器安装的同轴问题和对称问题,将两个换能器集成在一起,做成一个新型的双超声换能器,这样可以避免每次测量时对换能器进行同轴调整,克服每次测量由于调整换能器之间相对位置而引入的误差,从而保证两列超声波的同轴传播,给出了,该双超声换能器的结构图配层要不相潮湿惠能防止产生空气膜1.背衬匹配blishingHouse.Allri;低频泵波换能器中心频率为550kHz,等效于内凹的环形结构,外径40mm,内径20mm,曲率半径100mm;高频探测波换能器中心频率为3.3MHz,直径13mm.由于探测脉冲换能器与泵波换能器在空间同轴设置,使得探测脉冲换能器和泵波换能器产生的超声脉冲波沿轴向在介质中传播并叠加。探测波被泵波调制并被检测介质反射,其回波被探测脉冲换能器接收。成品后的双超声探头其结构剖面如所示,在所设计的双超声探头中两个换能器前都加了聚苯乙烯透镜,使得高频换能器有一定的聚焦作用,而低频换能器前透镜也使得低频换能器作为一个整体有一定的曲率。
  双脉冲超声波探头结构剖面图利用双超声脉冲法测量介质温度,要求探测波的平面,实际上不可能实现,但当声源的尺寸比波长大的多时,可以近似地认为它是平面波源。所研制的双超声探头在每个换能器前都加有透镜,满足一定的曲率,在近似情况下,有A=换能器长(A称为换能器的瑞利距离,定义为辐射面积除以声波波长,它是衡量近场的主要参数。)当超声波在距离小于△范围内传播时,可以近似认为是按照平面波的规律传播,超过这个距离,则波必须按照球面波的传播规律来处理。对于550kHz的泵波,波长A=f= 10―3m(注:因为用水作为超声波的传播耦合介质,所以取声速C=入本探头的测量范围12m)都处在它们的瑞利距离内,因此超声探头所产生的探测波和泵波都可以近似看成是平面波,从而满足了应用要求。
  3实验与结果为了检验双超声探头和整个传感系统的性能,进行了实验测试。给双超声探头同时加泵波和探测波激励脉冲,采集到的超声回波信号波形如所示。在中,近似于正弦波的波形为泵波。从的长期健康监测;(2)疲劳损伤:测量结构的动态应变时,传感器、粘贴胶的疲劳寿命能否满足长期监测的要求,有待验证;大变形:灾难性地震下,结构的变形较大,F―P传感器的变形能力决定于外壳毛细玻璃管的变形能力,显然两者相差甚远;(4)温度范围:一P传感器的高温软化、低温脆化特性严重地阻碍了它的使用温度范围;(5)成本高:加工工艺要求过高导致的成本太高,光纤F―P应变传感器应用于普通结构尚有距离。
  6结语光纤F―P应变传感器是一种新型的传感器,虽然它在土木工程领域处在初始阶段,尚存一些问题,但是它具有不受电磁干扰、测量精度高、单端输入输出、可以用于比较恶劣的工程环境,尤其人不易接近的结构部位等优点,吸引人们进一步探索。致谢本文得到北京欧美大地公司黄兴鹊经理的帮助,表示深深的感谢。

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