一种同轴多振子变源超声波换能器及测试系统的制作方法

本发明涉及超声波测试技术领域，特别涉及一种同轴多振子变源超声波换能器及测试系统。

背景技术：

传统的超声波测试设备采用的换能器一般只提供一个发射振子和两个固定位置的接收振子，通过传统的换能器在实验中仅能测出该介质的纵波和叠加在纵波波形上的一个畸变横波，然后将换能器从测试井孔中提出，手动调整发射振子和第一固定接收振子之间的源距，再放入井孔中再次测试，多次反复测试导致不能在同一振动源位置上使纵波和横波在时长上产生变动，从而有效的分辨横波或在同一发射位置使接收到的纵波和横波分离，影响检测或教学效果。

技术实现要素：

本发明提供一种同轴多振子变源超声波换能器及测试系统，该换能器使用多个接收振子，不同的接收振子与固定发射振子之间的源距不同，通过使用不同的接收振子以改变振动源的距离，来实现在同一井孔中任意一点测试时改变换能器测试的源距，从而得以观看介质中纵波波形和横波波形所在位置的变化情况，以达到井孔中横波检测与识别的目的。

为了实现上述发明目的，本发明采用的如下技术方案：

一种同轴多振子变源超声波换能器，包括依次串接的固定发射振子、组合接收振子、固定接收振子，所述组合接收振子包括多个同轴依次串叠的接收振子。

上述换能器有益效果在于：固定发射振子用于固定位置发射，组合接收振子中任一接收振子作为第一接收，固定接收振子作为第二接收，组合接收振子内的每个接收振子与固定发射振子的源距不同。测试过程中，换能器在岩石孔中移动测试，在需要停止换能器移动并改变其测试源距进行测试或改变测试源距观看分离横波时，可以根据需要启用组合接收振子中不同的接收振子作为第一接收，从而达到改变其发射源距的目的，以解决在传统测试过程中不能改变发射源距的难题；同时在岩体孔中测试时，可在任一固定发射测试点测得一定范围内介质中横波波形位置的变化情况。因为不同的介质其纵波和横波的波传递的速度不同，在不同的传递距离时，其纵波和横波它们到达的时间不同，所以适当的调节发射和第一接收之间的距离(即源距)，使得波形发生变化，从而横波波形更明显，同时能在实验过程中实时地提供：受试岩体的纵波波速、横波波速和它们到达的时差及衰减特性的测量；同时因固定发射振子和第二接收(固定接收振子)之间的距离固定，在选用不同的接收振子作为第一接收改变发射源距的同时，第一接收与第二接收之间的间距随之发生变化，从而可以根据不同间距下的测试结果精确测定第一接收与第二接收之间被测介质的声学参数变化情况。

进一步地，所述组合接收振子包括上盖、下盖和中柱，所述上盖和下盖分别设置于所述中柱两端，以所述中柱为轴心由上至下依次套接有多个压电体，所述压电体与所述中柱之间连接填充有吸声材料，每个所述压电体的外周分别套接有弹性外壳，多个所述压电体相互之间设置有隔声层，每个所述压电体分别连通有导线，多根所述导线均延伸至上盖外。

进一步地，所述固定发射振子包括上盖、下盖和中柱，所述上盖和下盖分别设置于中柱两端，所述中柱外周套接有压电体，所述压电体与所述中柱之间填充有吸声材料，所述压电体外周设置有所述弹性外壳，所述压电体连通有导线，所述导线延伸至上盖外。

进一步地，所述固定接收振子与所述固定发射振子结构相同。

一种同轴多振子变源超声波测试系统，包括上述换能器、多通道放大器、控制器、采集器、发射机以及计算机，所述换能器的固定发射振子通过导线与所述发射机连接，所述换能器的组合接收振子以及固定接收振子通过导线与所述多通道放大器电连接，所述多通道放大器、采集器、发射机分别与所述控制器电连接，所述计算机分别与所述控制器、采集器电连接，所述换能器的固定发射振子受所述发射机控制并发射测试超声波，所述换能器的组合接收振子以及固定接收振子接收测试超声波并将接收到的超声波信号发送至所述多通道放大器，所述多通道放大器将接收到的信号放大后发送至所述控制器，所述控制器接收并处理所述多通道放大器发送的信号，所述控制器控制所述发射机工作，所述采集器采集所述控制器处理后的信号并将信号发送至所述计算机，所述计算机接收并处理所述采集器发送的信号，所述计算机控制所述控制器工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：测试过程中，可以根据需要启用组合接收振子中不同的接收振子，从而解决在传统测试过程中不能改变发射源距的难题；同时在岩体孔中测试时，可在任一固定发射测试点测得一定范围内介质中横波波形位置的变化情况。

附图说明

图1为换能器的结构示意框图；

图2为组合接收振子的结构示意图；

图3为固定发射振子的结构示意图；

图4为测试系统的结构示意框图。

其中，1固定发射振子，2组合接收振子，3固定接收振子，4放大器，5控制器，6采集器，7发射机，8计算机，11上盖，12下盖，13中柱，14压电体，15吸声材料，16弹性外壳，17导线，18隔声层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“外周面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1所示，一种同轴多振子变源超声波换能器，包括依次串接的固定发射振子1、组合接收振子2、固定接收振子3，组合接收振子2包括四个同轴依次串叠的接收振子，固定发射振子1用于固定位置发射，组合接收振子2中任一接收振子作为第一接收，固定接收振子3作为第二接收，组合接收振子2内的每个接收振子与固定发射振子1的源距不同，每个接收振子与固定发射振子1之间的距离以及固定接收振子3与固定发射振子1之间的距离根据需要预先设定。

如图2所示，组合接收振子2包括上盖11、下盖12和中柱13，上盖11和下盖12分别固定安装于中柱13两端，以中柱13为轴心由上至下依次套接有多个压电体14，压电体14与中柱13之间连接填充有吸声材料15，每个压电体14的外周分别套接有弹性外壳16，多个压电体14相互之间设置有隔声层18，每个压电体14分别连通有导线17，上盖11、下盖12、弹性外壳16配合隔声层18围成多个封闭空间，多根导线17均延伸至多个封闭空间外。

如图3所示，固定发射振子1包括上盖11、下盖12和中柱13，上盖11和下盖12分别固定安装于中柱13两端，中柱13外周套接有压电体14，压电体14与中柱13之间填充有吸声材料15，压电体14外周套接有弹性外壳16，上盖11、下盖12和弹性外壳16将内部围成封闭空间，压电体14连通有导线17，导线17延伸至封闭空间外。

固定接收振子3与固定发射振子1结构相同。

如图4所示，一种同轴多振子变源超声波测试系统，包括上述换能器、多通道精密程控放大器4、控制器5、高速采集器6、可调节输出功率的发射机7以及计算机8，换能器的固定发射振子1通过导线17与发射机7连接，换能器的组合接收振子2以及固定接收振子3通过导线17与放大器4电连接，放大器4、采集器6、发射机7分别与控制器5电连接，计算机8分别与控制器5、采集器6电连接，换能器的固定发射振子1受发射机7控制并发射测试超声波，换能器的组合接收振子2以及固定接收振子3接收测试超声波并将接收到的超声波信号转化为电信号发送至放大器4，放大器4将接收到的信号放大后发送至控制器5，控制器5接收并处理放大器4发送的信号，采集器6采集控制器5处理后的信号并将信号发送至计算机8，计算机8接收并处理采集器6发送的信号再形成波形信号显示，计算机8通过采集控制软件来控制控制器5、采集器6工作，控制器5控制发射机7工作。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。