红外热成像在聚焦换能器焦平面测量中的应用

赵薇; 曹慧媛; 吴燕琪; 陶洁; 于亚萍

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0280

红外热成像在聚焦换能器焦平面测量中的应用

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0280

中国计量大学计量测试与仪器学院，杭州 310018

基金项目: 浙江省重点研发计划资助（2022C01002）。

详细信息

作者简介:
赵薇（2001-），中国计量大学在读研究生，研究方向：超声计量检测，邮箱：zhaowe0727@163.com；通讯作者：

通讯作者:
吴燕琪（1993-），中国计量大学讲师，研究方向：声学信号处理，邮箱：wuyanqi@cjlu.edu.cn

计量
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出版历程
- 收稿日期: 2023-11-16
- 录用日期: 2024-05-06
- 修回日期: 2024-04-08
- 网络出版日期: 2024-07-22

Application of Infrared Thermography on the Measurement of the Focal Plane of a Focused Transducer

College of Metrology & Measurement Engineering , China Jiliang University, Hangzhou 310018, China

摘要

摘要: 为了更好地研究聚焦超声换能器的声场特性，提出了一种利用红外热成像技术测量聚焦换能器焦域尺寸的方法。通过在换能器焦平面上放置薄膜型吸声材料，使用红外热成像仪测量超声功率作用下焦平面上的温度分布来确定焦域尺寸。使用水听器扫描法对相同的聚焦换能器进行了测量，并对聚焦换能器的声场分布进行了理论分析，结果显示-6dB波束宽度的不一致性在5%以内，验证了利用红外热成像技术测量聚焦超声换能器声场分布的可行性。
- 计量学 /
- 聚焦超声 /
- 红外热成像 /
- 声热模型 /
- 水听器 /
- 声场测量
Abstract: In order to better study the acoustic field characteristics of focused ultrasound transducers, this paper proposes a method for measuring the focal domain size of focused transducers using infrared thermal imaging technology. The focal size is determined by placing a thin film type sound-absorbing material on the focal plane of the transducer and measuring the temperature distribution on the focal plane under ultrasound power using an infrared thermal imager. This article simultaneously used the hydrophone scanning method to measure the same focusing transducer, and conducted a theoretical analysis of the sound field distribution of the focusing transducer. The results showed that the inconsistency of the -6dB beam width was within 5%, verifying the feasibility of using infrared thermal imaging technology to measure the sound field distribution of the focusing ultrasonic transducer.
- metrology /
- focused ultrasound /
- infrared thermal imaging /
- acoustic thermal model /
- hydrophone /
- sound field measurement

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图 1 基于红外热成像的声场测量实验装置图

Figure 1. Experimental setup diagram of sound field measurement based on infrared thermal imaging

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图 2 水听器法声场测量实验装置图

Figure 2. Experimental setup diagram for sound field measurement using hydrophone method

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图 3 焦平面径向归一化声压幅值

Figure 3. The normalized sound pressure amplitude in the radial direction at the focal plane

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图 4 红外热成像实验结果

Figure 4. Infrared thermal imaging experimental results diagram

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图 5 水听器声压扫描结果图

Figure 5. hydrophone sound pressure scanning result map

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表 1 模型中使用的材料属性

Table 1. Material properties used in the model

水红外光学玻璃

声速(m/s) 1500 5639
密度(kg/m³) 1000 2203

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表 2 不同组别下焦域宽度测量结果

Table 2. Measurement results of focal region size at different groups

组别 a b c

Y轴尺寸（mm） 2.6 3.0 2.8
Z轴尺寸（mm） 2.8 3.0 3.0
平均尺寸（mm） 2.7 3.0 2.9

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表 3 不同功率情况下-6dB宽度声场测量结果

Table 3. Measurement results of -6dB wide sound field under different powers conditions

功率（W） 20 30 50

-6dB宽度（mm） 3.0 3.0 2.8

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