一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置及方法，現(xiàn)有技術(shù)存在對(duì)振幅位移的標(biāo)定和校準(zhǔn)比較困難和精度較差的問題，該裝置包括底板、步進(jìn)電機(jī)、精密微距測量儀、測量儀支架、套筒、激光發(fā)射器、傳感器支架、激光傳感器、主支架、固定板、法蘭盤、變幅桿、壓電換能器、超聲波發(fā)生器和單片機(jī)控制系統(tǒng)。本發(fā)明的測量裝置，操作方便，可以提高測量的精度，適用于任何頻率和振幅的超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅的測量，適用廣泛。
【專利說明】一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測量領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今超聲加工廣泛用于應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)藥衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，并在不斷地?cái)U(kuò)大新的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅是超聲振動(dòng)加工中表征超聲系統(tǒng)輸出功率大小的重要性能指標(biāo)，由于變幅桿輸出功率的大小正比于其振幅位移的平方值，測出超聲變幅桿振幅就可以求得功率超聲的聲強(qiáng)等，對(duì)超聲及相關(guān)研究極有意義。但目前有關(guān)超聲變幅桿振幅位移測量方法的報(bào)道并不很多。已知的振幅位移測量最直接的方法是用光學(xué)方法。如用長焦距顯微鏡在振動(dòng)端面直接觀測，對(duì)振幅大于10 μ m的測量較為方便；小振幅精確測量可用激光干涉的方法來測量，利用反饋調(diào)制激光測振儀測量小振動(dòng)的振幅位移可以不用激光全息或干涉儀等專門的儀器，但對(duì)振幅位移的標(biāo)定和校準(zhǔn)比較困難。另外，振幅測量還可以用拾振器，但這種方法也需要標(biāo)定。有時(shí)可用一種比較古老但有效的方法測定較大振幅下變幅桿的位移節(jié)點(diǎn)，即使用細(xì)而質(zhì)輕的粉末撒在變幅桿的表面(桿水平放置)，然后在共振頻率上激起短時(shí)間的振動(dòng)，則粉末會(huì)在波節(jié)附近集結(jié)。這種方法雖然直觀、便捷，但精度較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置及方法。
[0005]一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置，包括底板、步進(jìn)電機(jī)、精密微距測量儀、測量儀支架、套筒、激光發(fā)射器、傳感器支架、激光傳感器、主支架、固定板、法蘭盤、變幅桿、壓電換能器、超聲波發(fā)生器和單片機(jī)控制系統(tǒng)。
[0006]所述的底板上開有螺紋孔，測量儀支架通過螺紋連接的方式固定在底板的一側(cè)，套筒焊接在測量儀支架上，精密微距測量儀固定在套筒上，精密微距測量儀下部與步進(jìn)電機(jī)的輸出軸相連，步進(jìn)電機(jī)固定在底板上，激光發(fā)射器固定在精密微距測量儀上端，隨精密微距測量儀一起在垂直方向運(yùn)動(dòng)，傳感器支架通過螺紋連接的方式固定在底板的另一側(cè)，激光傳感器固定在傳感器支架上，兩個(gè)主支架在通過螺紋連接的方式固定在底板的中間，固定板固定設(shè)置在主支架上端，變幅桿通過法蘭盤固定在固定板中間，壓電換能器固定在變幅桿上，超聲波發(fā)生器通過導(dǎo)線連接到壓電換能器兩個(gè)銅片電極，激光發(fā)射器和激光傳感器同時(shí)連接到單片機(jī)控制系統(tǒng)。
[0007]所述的激光傳感器的響應(yīng)頻率大于20KHz。
[0008]一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量方法，具體包括以下步驟:
步驟一:先打開激光發(fā)射器和激光傳感器，單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，激光發(fā)射器跟隨精密微距測量儀上端向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激光傳感器剛好接收不到信號(hào)時(shí)，此時(shí)激光束和變幅桿下端在同一水平線上，單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出停止指令，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記下此時(shí)精密微距測量儀的讀數(shù)氏。
[0009]步驟二:打開超聲波發(fā)生器，此時(shí)超聲波聲學(xué)系統(tǒng)開始振動(dòng)，激光傳感器檢測到有頻率的激光信號(hào)，單片機(jī)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，激光發(fā)生器開始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激光傳感器檢測到有頻率的激光信號(hào)剛好變?yōu)镺頻率的激光信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，此時(shí)激光束與與變幅桿振幅處處在同一水平位置，記下此時(shí)精密微距測量儀的讀數(shù)h2。
[0010]步驟三:測量得到的數(shù)據(jù)按下式計(jì)算超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端的振幅:
振幅 H=H2-Hi。
[0011]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的測量裝置，操作方便，可以提高測量的精度，適用于任何頻率和振幅的超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅的測量，適用廣泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置的示意圖；
圖2是超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置的主視圖；
圖3是超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置的俯視圖；
圖4是超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置的左視圖。
[0013]圖中，底板1、步進(jìn)電機(jī)2、精密微距測量儀3、測量儀支架4、套筒5、激光發(fā)射器6、傳感器支架7、激光傳感器8、主支架9、固定板10、法蘭盤11、變幅桿12、壓電換能器13、超聲波發(fā)生器14、單片機(jī)控制系統(tǒng)15。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1所示，一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置，包括底板1、步進(jìn)電機(jī)2、精密微距測量儀3、測量儀支架4、套筒5、激光發(fā)射器6、傳感器支架7、激光傳感器8、主支架9、固定板10、法蘭盤11、變幅桿12、壓電換能器13、超聲波發(fā)生器14和單片機(jī)控制系統(tǒng)15。
[0016]如圖2、3、4所示，底板I上開有螺紋孔，測量儀支架4通過螺紋連接的方式固定在底板I的一側(cè)，套筒5焊接在測量儀支架4上，精密微距測量儀3固定在套筒5上，精密微距測量儀3下部與步進(jìn)電機(jī)2的輸出軸相連，步進(jìn)電機(jī)2固定在底板I上，激光發(fā)射器6固定在精密微距測量儀3上端，隨精密微距測量儀3 —起在垂直方向運(yùn)動(dòng)，傳感器支架7通過螺紋連接的方式固定在底板I的另一側(cè)，激光傳感器8固定在傳感器支架7上，兩個(gè)主支架9在通過螺紋連接的方式固定在底板I的中間，固定板10固定設(shè)置在主支架9上端，變幅桿12通過法蘭盤11固定在固定板10中間，壓電換能器13固定在變幅桿12上，超聲波發(fā)生器14通過導(dǎo)線連接到壓電換能器13兩個(gè)銅片電極，激光發(fā)射器6和激光傳感器8同時(shí)連接到單片機(jī)控制系統(tǒng)15。
[0017]一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量步驟如下:
步驟一:先打開激光發(fā)射器6和激光傳感器8，單片機(jī)控制系統(tǒng)15發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，激光發(fā)射器6跟隨精密微距測量儀3上端向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激光傳感器8剛好接收不到信號(hào)時(shí)，此時(shí)激光束和變幅桿12下端在同一水平線上，單片機(jī)控制系統(tǒng)15發(fā)出停止指令，步進(jìn)電機(jī)2停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記下此時(shí)精密微距測量儀3的讀數(shù)氏。
[0018]步驟二:打開超聲波發(fā)生器14，此時(shí)超聲波聲學(xué)系統(tǒng)開始振動(dòng)，激光傳感器8檢測到有頻率的激光信號(hào)，單片機(jī)控制系統(tǒng)15驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)2反轉(zhuǎn)，激光發(fā)生器6開始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激光傳感器8檢測到有頻率的激光信號(hào)剛好變?yōu)镺頻率的激光信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)15控制步進(jìn)電機(jī)6停轉(zhuǎn)，此時(shí)激光束與與變幅桿12振幅處處在同一水平位置，記下此時(shí)精密微距測量儀3的讀數(shù)H2。
[0019]步驟三:測量得到的數(shù)據(jù)按下式計(jì)算超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端的振幅:
振幅 H=H2-Hi。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置，包括底板、步進(jìn)電機(jī)、精密微距測量儀、測量儀支架、套筒、激光發(fā)射器、傳感器支架、激光傳感器、主支架、固定板、法蘭盤、變幅桿、壓電換能器、超聲波發(fā)生器和單片機(jī)控制系統(tǒng)； 其特征在于:所述的底板上開有螺紋孔，測量儀支架通過螺紋連接的方式固定在底板的一側(cè)，套筒焊接在測量儀支架上，精密微距測量儀固定在套筒上，精密微距測量儀下部與步進(jìn)電機(jī)的輸出軸相連，步進(jìn)電機(jī)固定在底板上，激光發(fā)射器固定在精密微距測量儀上端，隨精密微距測量儀一起在垂直方向運(yùn)動(dòng)，傳感器支架通過螺紋連接的方式固定在底板的另一側(cè)，激光傳感器固定在傳感器支架上，兩個(gè)主支架在通過螺紋連接的方式固定在底板的中間，固定板固定設(shè)置在主支架上端，變幅桿通過法蘭盤固定在固定板中間，壓電換能器固定在變幅桿上，超聲波發(fā)生器通過導(dǎo)線連接到壓電換能器兩個(gè)銅片電極，激光發(fā)射器和激光傳感器同時(shí)連接到單片機(jī)控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量裝置，其特征在于:所述的激光傳感器的響應(yīng)頻率大于20KHz。
3.一種超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端振幅測量方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 步驟一:先打開激光發(fā)射器和激光傳感器，單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，激光發(fā)射器跟隨精密微距測量儀上端向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激光傳感器剛好接收不到信號(hào)時(shí)，此時(shí)激光束和變幅桿下端在同一水平線上，單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出停止指令，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記下此時(shí)精密微距測量儀的讀數(shù)H1 ； 步驟二:打開超聲波發(fā)生器，此時(shí)超聲波聲學(xué)系統(tǒng)開始振動(dòng)，激光傳感器檢測到有頻率的激光信號(hào)，單片機(jī)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，激光發(fā)生器開始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激光傳感器檢測到有頻率的激光信號(hào)剛好變?yōu)镺頻率的激光信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，此時(shí)激光束與與變幅桿振幅處處在同一水平位置，記下此時(shí)精密微距測量儀的讀數(shù)H2; 步驟三:測量得到的數(shù)據(jù)按下式計(jì)算超聲波聲學(xué)系統(tǒng)輸出端的振幅: 振幅 H=H2-Hi。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK103884416SQ201410085279
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】張?jiān)齐? 王家鵬 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)