專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超聲檢測(cè)方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于信號(hào) 匹配技術(shù)的超聲檢測(cè)方法和系統(tǒng)。這里的信號(hào)匹配技術(shù)是指與檢測(cè)系統(tǒng)性 能(如高靈敏度或高分辨率)或檢測(cè)目的(如特定類(lèi)型的缺陷或介質(zhì))相 匹配的發(fā)射信號(hào)的計(jì)算和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
超聲檢測(cè)是以超聲作為信息載體，在不損壞被檢對(duì)象的情況下，檢 測(cè)其內(nèi)部的缺陷或目標(biāo)，測(cè)量其物理和力學(xué)性能，分析其組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行 媒質(zhì)質(zhì)量評(píng)價(jià)的無(wú)損檢測(cè)方法。在工業(yè)上，有超聲無(wú)損檢測(cè)、超聲巖體
檢測(cè)和超聲工業(yè)測(cè)量等；就廣義而言，在醫(yī)學(xué)上則有超聲診斷。
超聲檢測(cè)的過(guò)程是一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸?shù)倪^(guò)程先由輸入的電信號(hào)激勵(lì) 換能器后產(chǎn)生檢測(cè)超聲信號(hào)，聲波在介質(zhì)中傳播，與介質(zhì)和缺陷相互作用， 最后攜帶著介質(zhì)信息和缺陷信息的超聲信號(hào)被換能器接收轉(zhuǎn)換為檢測(cè)電信 號(hào)輸出，進(jìn)而進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理，實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)目的。用于檢測(cè)的 超聲信號(hào)是實(shí)現(xiàn)超聲各種檢測(cè)的技術(shù)關(guān)鍵。檢測(cè)超聲信號(hào)，主要由換能器 和激勵(lì)源決定。在換能器和激勵(lì)源一定的情況下，用于4全測(cè)的超聲信號(hào)是 固定不變的。長(zhǎng)期以來(lái)，超聲檢測(cè)工作都是由一個(gè)固定電信號(hào)激勵(lì)換能器， 通過(guò)分析換能器接收到的檢測(cè)信號(hào)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。提高超聲檢測(cè)性能的方法 也多數(shù)集中在兩個(gè)方面 一是改進(jìn)檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)處理方法；二是改善換 能器性能，主要是通過(guò)改善換能器的結(jié)構(gòu)和材料得以實(shí)現(xiàn)。但是兩者調(diào)整 信號(hào)的范圍都很有限，難以滿(mǎn)足一些特定系統(tǒng)性能和檢測(cè)目的要求。如在 薄層高分辨率檢測(cè)中，為提高分辨率需要寬帶窄脈沖或盡量高頻脈沖信號(hào)， 由于很窄的檢測(cè)脈沖通常很難得到，而高頻信號(hào)又影響聲波穿透深度，造 成極大的檢測(cè)困難。再如，檢測(cè)高衰減的厚介質(zhì)材料往往需要很寬的脈沖串，提高穿透力，但此時(shí)會(huì)大大降低檢測(cè)的分辨率。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于 檢測(cè)信號(hào)質(zhì)量不高，很大程度上限制了超聲檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域。在雷達(dá)和水 聲中常常使用線(xiàn)性調(diào)頻脈沖或編碼脈沖作脈沖壓縮探測(cè)，而超聲檢測(cè)中由 于信號(hào)激勵(lì)方式和換能器頻域工作特征的限制，很難得到這種檢測(cè)信號(hào)， 致使一些先進(jìn)的信號(hào)處理方法得不到應(yīng)用等等。
事實(shí)上，用來(lái)激勵(lì)超聲換能器的電信號(hào)對(duì)換能器產(chǎn)生的聲脈沖以及檢
測(cè)信號(hào)都有很大影響。1956年E.G.Cook在弱耦合換能器響應(yīng)的研究中給出 幾種不同激勵(lì)電信號(hào)獲得了不同的聲信號(hào)[l]。 1975年T. G.Winter以喇叭 向一空氣管中發(fā)聲為研究系統(tǒng)，通過(guò)控制激勵(lì)電信號(hào)得到了兩個(gè)不同寬度 的Ricker波和兩個(gè)不同寬度的Gauss波[2]。 1982年H. Ermert和J. Chmolke 等人為獲得短脈沖輸出，研究了利用與檢測(cè)目標(biāo)匹配的合成信號(hào)進(jìn)行目標(biāo) 識(shí)別[3]。
但是，上述研究都沒(méi)有得到很好的延續(xù)，也沒(méi)有應(yīng)用到實(shí)際檢測(cè)中。 原因有二 一是信號(hào)設(shè)計(jì)計(jì)算基于頻域相除，在處理過(guò)程中丟失了很多有 用信息，造成結(jié)果不佳。如用補(bǔ)零法處理分母不能為零的情況，或者用漢 明窗函數(shù)代替分子為無(wú)限帶寬的理想5函數(shù)的情況，都必然給處理結(jié)果帶 來(lái)很多偏差。二是當(dāng)時(shí)的設(shè)備主要還是靠硬件實(shí)現(xiàn)，其激勵(lì)波形受到限制， 遠(yuǎn)不及現(xiàn)在數(shù)字化的設(shè)備靈活便利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，從激勵(lì)信號(hào)入手，基于信號(hào)匹配技術(shù)，提供一種 能夠產(chǎn)生特定檢測(cè)信號(hào)的超聲檢測(cè)方法和系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的基于信號(hào)匹配技術(shù)的超聲檢測(cè) 方法，包"l舌如下步驟
1) 基于超聲檢測(cè)信號(hào)匹配合成方法(這里的匹配是指與系統(tǒng)性能 相匹配或與4全測(cè)目的相匹配)，i殳定期望的才企測(cè)信號(hào)波形；
2) 根據(jù)所設(shè)定的檢測(cè)信號(hào)波形計(jì)算出電激勵(lì)信號(hào)，利用該電激勵(lì)信 號(hào)激勵(lì)超聲換能器生成需要的檢測(cè)超聲信號(hào)并向待測(cè)目標(biāo)發(fā)射該檢測(cè)超聲
信號(hào)；3)利用超聲換能器接收具有步驟l )所設(shè)定波形的攜帶目標(biāo)信息的 檢測(cè)信號(hào)。
上述技術(shù)方案中，所述步驟l)中，所述檢測(cè)信號(hào)波形設(shè)定為窄脈沖 波形(一般用于需要提高檢測(cè)縱向分辨率的場(chǎng)合)。
上述技術(shù)方案中，所述步驟l)中，所述檢測(cè)信號(hào)波形設(shè)定為與檢測(cè) 目的匹配的波形(一般用于目標(biāo)識(shí)別以及完成復(fù)雜情況下的超聲檢測(cè))。
上述技術(shù)方案中，所述步驟l)中，所述檢測(cè)信號(hào)波形設(shè)定為調(diào)頻或 編碼信號(hào)波形(一般用于大衰減厚工件的超聲檢測(cè))。
上述技術(shù)方案中，所述步驟2)中，計(jì)算所述電激勵(lì)信號(hào)的方法包括
如下子步驟
21 )獲取超聲檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)h (n);
22)根據(jù)步驟l)設(shè)定的檢測(cè)信號(hào)波形，生成期望檢測(cè)信號(hào)y，^W;
依據(jù)》，"erf W &入去巻積計(jì)算出所述電激勵(lì)信號(hào)^^W;
其中*表示巻積運(yùn)算。
設(shè)信號(hào)合成系統(tǒng)的離散時(shí)域數(shù)學(xué)模型為W *力W 即檢測(cè)信號(hào)y W是電激勵(lì)信號(hào)x W和檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)特征 的巻積結(jié)果，
上述技術(shù)方案中，所述步驟21)中，獲取所述時(shí)域沖擊響應(yīng)力f^的方 法包括如下步驟
211)用預(yù)設(shè)的電激勵(lì)信號(hào)^(W激勵(lì)換能器測(cè)得檢測(cè)信號(hào)y,(n);
212 )依據(jù)7; fe> = a W *力W ,去巻積計(jì)算出超聲檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖 擊響應(yīng)h (n)。
上述技術(shù)方案中，計(jì)算所述義，^&乂的方法可以簡(jiǎn)化為先對(duì) JWe^&人 K^兩者進(jìn)行巻積，再直接與//(W解巻積。這樣做可以有效 地加快系統(tǒng)的運(yùn)算速度。
上述技術(shù)方案中，所述步驟211)中，所述預(yù)設(shè)的電激勵(lì)信號(hào)x,(n)可 以是尖脈沖、階躍脈沖等寬帶信號(hào)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的基于信號(hào)匹配技術(shù)的超聲檢測(cè)系統(tǒng)包括信號(hào)合成單元、超聲換能器及放大接收單元；所述信號(hào)合成單
元用于根據(jù)予^殳電激勵(lì)信號(hào)和該信號(hào)激勵(lì)下接收的檢測(cè)信號(hào)以及預(yù)先設(shè)定 的用于與改善系統(tǒng)性能或檢測(cè)目的相匹配的期望檢測(cè)信號(hào)波形，合成實(shí)用
于超聲檢測(cè)的電激勵(lì)信號(hào)；所述超聲換能器接收所述信號(hào)合成單元發(fā)出的 電激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生聲波信號(hào)，并將聲波轉(zhuǎn)換為檢測(cè)電信號(hào)傳輸給放大接收單 元。
上述技術(shù)方案中，所述信號(hào)合成單元包括依次連接的計(jì)算單元和信
號(hào)發(fā)生器放大器，所述信號(hào)發(fā)生器和所述超聲換能器連接。
上述技術(shù)方案中，所述放大接收單元包括放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，
超聲換能器接收的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大單元放大后由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元傳輸給 所述計(jì)算單元。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠達(dá)到如下技術(shù)效果
1) 本發(fā)明根據(jù)實(shí)際的檢測(cè)需求，可獲得與改善系統(tǒng)性能或檢測(cè)目的相 匹配所需要特定的檢測(cè)信號(hào)；
2) 基于本發(fā)明，有利于發(fā)展新的超聲檢測(cè)方法和技術(shù)，解決原來(lái)不能 實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)問(wèn)題，可應(yīng)用于常規(guī)超聲工業(yè)無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)及醫(yī)學(xué)超聲診斷， 有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；
3) 本發(fā)明釆用時(shí)域去巻積運(yùn)算，可以不丟失相位等信息，保證了檢測(cè) 信號(hào)的準(zhǔn)確性；
4) 本發(fā)明將超聲壓電換能器性能、放大器、傳播介質(zhì)等因素全部考慮 在檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)力W中，既減小了計(jì)算復(fù)雜程度，又利于實(shí)際 控制；
5) 本發(fā)明的硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行。


圖l所示為信號(hào)合成系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖(指定為說(shuō)明書(shū)摘要附圖)； 圖2所示為根據(jù)信號(hào)合成方法計(jì)算電激勵(lì)信號(hào)的流程圖； 圖3所示為信號(hào)合成系統(tǒng)的檢測(cè)模型圖；圖4a所示為根據(jù)本發(fā)明的方法合成中心頻率為lMHz、長(zhǎng)度為l個(gè)周期檢 測(cè)信號(hào)時(shí)用于計(jì)算檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)域沖擊響應(yīng)所選用的激勵(lì)波形；
圖4b所示為根據(jù)本發(fā)明的方法合成中心頻率為lMHz、長(zhǎng)度為l個(gè)周期檢 測(cè)信號(hào)時(shí)用于計(jì)算檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)域沖擊響應(yīng)所選用的激勵(lì)波形對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信 號(hào)；
圖5a所示為根據(jù)本發(fā)明的方法所設(shè)計(jì)的中心頻率為lMHz的l個(gè)周期檢 測(cè)信號(hào)(即具體指定的一個(gè)期望檢測(cè)信號(hào))；
圖5b所示為根據(jù)本發(fā)明的方法所設(shè)計(jì)的中心頻率為l畫(huà)z的l個(gè)周期檢 測(cè)信號(hào)所需的電激勵(lì)信號(hào)；
圖5c所示為根據(jù)本發(fā)明的方法所設(shè)計(jì)的中心頻率為lMHz的l個(gè)周期枱r 測(cè)信號(hào)的實(shí)際接收到的檢測(cè)信號(hào)；
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的方法通過(guò)信號(hào)合成系統(tǒng)所得到的中心頻率為 lMHz的1個(gè)周期檢測(cè)信號(hào)的頻響曲線(xiàn)與傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)得到檢測(cè)信號(hào)的頻響 曲線(xiàn)的相對(duì)帶寬的比較；
圖7所示為比較傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)和信號(hào)合成系統(tǒng)產(chǎn)生的1個(gè)周期檢測(cè)信號(hào) 在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中的連接方式(a)和檢測(cè)信號(hào)性能的比較(b);
圖8a所示為根據(jù)本發(fā)明的方法通過(guò)信號(hào)合成系統(tǒng)所得到的中心頻率為 lMHz的7個(gè)周期線(xiàn)性調(diào)頻;險(xiǎn)測(cè)信號(hào)的激勵(lì)波形；
圖8b所示為根據(jù)本發(fā)明的方法通過(guò)信號(hào)合成系統(tǒng)所得到的中心頻率為 lMHz的7個(gè)周期線(xiàn)性調(diào)頻檢測(cè)信號(hào)的實(shí)際接收到的調(diào)頻檢測(cè)信號(hào)；
圖8c所示為根據(jù)本發(fā)明的方法通過(guò)信號(hào)合成系統(tǒng)所得到的中心頻率為 lMHz的7個(gè)周期線(xiàn)性調(diào)頻檢測(cè)信號(hào)的對(duì)該調(diào)頻檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行壓縮后的結(jié)果；
圖8d所示為根據(jù)本發(fā)明的方法通過(guò)信號(hào)合成系統(tǒng)所得到的中心頻率為 lMHz的7個(gè)周期線(xiàn)性調(diào)頻檢測(cè)信號(hào)的期望檢測(cè)信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的基本構(gòu)思是根據(jù)具體的檢測(cè)需求，首先設(shè)定與改善系統(tǒng)性能
或與檢測(cè)目的相匹配的檢測(cè)信號(hào)波形，然后再根據(jù)該波形合成電激勵(lì)信號(hào)，
最后，用該激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)超聲換能器，通過(guò)接收^r測(cè)信號(hào)獲取待測(cè)目標(biāo)信 自'&。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。 實(shí)施例1
一個(gè)超聲檢測(cè)系統(tǒng)包括很多部分，根據(jù)信號(hào)合成過(guò)程的實(shí)際需要，將 換能器性能、放大器、傳播介質(zhì)等因素全部考慮在檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響
應(yīng)h(n)之中。這樣，超聲檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型為 y 62 = ;sr*力W
即檢測(cè)信號(hào)/ ^ ,是電激勵(lì)信號(hào)x ^和檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)力W的 巻積結(jié)果。
計(jì)算最佳激勵(lì)信號(hào)的具體步驟可分為五步
(1) 用一個(gè)預(yù)設(shè)的電激勵(lì)信號(hào)T"/7 (可以是尖脈沖、階躍脈沖或者其 他寬帶信號(hào))，激勵(lì)換能器測(cè)得檢測(cè)信號(hào)乃
(2) 依據(jù)力(W-^fW*力&,，去巻積求解^r測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng) h(n);
(3) 根據(jù)實(shí)際檢測(cè)需要，設(shè)計(jì)一個(gè)期望檢測(cè)信號(hào)y，^fe";
，去巻積計(jì)算獲得對(duì)應(yīng)的最佳電
激勵(lì)信號(hào)Z年"erf W;
(5)將計(jì)算得到的電激勵(lì)信號(hào)由計(jì)算機(jī)傳送給信號(hào)發(fā)生器， 激勵(lì)換能器，進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)。
其中，從數(shù)學(xué)角度看，上述計(jì)算A，^(W步驟可等價(jià)為/weJ/7人 K^兩者的巻積，再與乃6^解巻積的過(guò)程。
本實(shí)施例使用的超聲檢測(cè)系統(tǒng)包括，計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、超聲壓電 換能器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。其中超聲壓電換能器是具有一定帶寬的電聲、 聲電轉(zhuǎn)換器件，輸出端依次與放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)連接，將接收到 的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)放大器放大、A/D轉(zhuǎn)換器的模數(shù)變換，最后傳輸給計(jì)算機(jī)。計(jì) 算機(jī)用于根據(jù)已知電激勵(lì)信號(hào)及其產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)以及期望的檢測(cè)信號(hào)波 形，合成電激勵(lì)波形。信號(hào)發(fā)生器的輸入端與計(jì)算機(jī)連接，輸出端與超聲 壓電換能器連接(或經(jīng)放大器放大后與換能器相連)，用于產(chǎn)生電激勵(lì)信號(hào) 并激勵(lì)所述超聲壓電換能器發(fā)射超聲波進(jìn)行檢測(cè)。
下面給出 一個(gè)更加具體的實(shí)例，按照?qǐng)D3方式連接實(shí)驗(yàn)裝置，其中換能器不經(jīng)放大器直接連接示波器。
這里，壓電換能器中心頻率為lMHz，延遲塊為3cm厚聚苯乙烯試塊，暫不放 待斗全測(cè)物體。
按照?qǐng)D2流程，完成電激勵(lì)信號(hào)的合成，其中所有數(shù)據(jù)均采用歸一化處 理后參與運(yùn)算。選定的已知的電激勵(lì)波形如圖4 a所示；得到檢測(cè)信號(hào)如圖 4 b所示；兩者通過(guò)自適應(yīng)時(shí)域解巻積得到檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)。設(shè)計(jì) 的期望檢測(cè)信號(hào)如圖5 a所示，對(duì)于lMHz換能器，l個(gè)周期檢測(cè)信號(hào)的脈沖 寬度為l y s。期望信號(hào)和檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)函數(shù)再次通過(guò)自適應(yīng)時(shí) 域解巻積，計(jì)算得到l個(gè)周期檢測(cè)信號(hào)的電激勵(lì)波形，如圖5 b所示。
在不改變檢測(cè)系統(tǒng)的情況下，利用計(jì)算得到l個(gè)周期檢測(cè)信號(hào)的電激勵(lì) 信號(hào)激勵(lì)該lMHz換能器，經(jīng)過(guò)聚苯乙烯試塊，不經(jīng)放大直接由示波器接收， 獲得檢測(cè)信號(hào)如圖5 c所示，形狀與設(shè)計(jì)的期望檢測(cè)信號(hào)很接近。這種檢測(cè) 信號(hào)用現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
接下來(lái)，對(duì)該l個(gè)周期檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行性能分析。具體地說(shuō)，就是和使用 傳統(tǒng)5800型超聲分析儀(泛美公司)的傳統(tǒng)檢測(cè)方式獲得的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行 比較。
1) 相對(duì)帶寬增加
該lMHz壓電換能器與傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)得到的檢測(cè)信號(hào)的頻響曲線(xiàn)，如圖6 虛線(xiàn)所示。它的6db相對(duì)帶寬為54. 5%;
信號(hào)合成系統(tǒng)得到的l個(gè)周期檢測(cè)信號(hào)的頻響曲線(xiàn)，如圖6實(shí)線(xiàn)所示， 6db相對(duì)帶寬為116. 7°/。，較傳統(tǒng)檢測(cè)方法換能器，相對(duì)帶寬增加了l. 14倍。
2) 縱向分辨率顯著提高
對(duì)6mm厚鋁片進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，比較傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)和信號(hào)合成系統(tǒng)的檢測(cè) 效果，實(shí)驗(yàn)裝置連接如圖7 a所示。仍然采用前面的lMHz壓電換能器和激勵(lì) 信號(hào)(圖5 b)。結(jié)果如圖7 b所示
傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)的獲得檢測(cè)信號(hào)由于聲波在鋁片內(nèi)多次反射混疊在一 起，不能區(qū)分相鄰兩次反射的位置；
使用本實(shí)施例的信號(hào)合成系統(tǒng)產(chǎn)生的1個(gè)周期檢測(cè)信號(hào)得到的檢測(cè)信 號(hào)能夠清晰地區(qū)分相鄰兩次反射信號(hào)。另外，為了解決檢測(cè)信號(hào)穿透力和分辨率之間的矛盾，本發(fā)明的系統(tǒng)
還可產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為lMHz、長(zhǎng)度為7個(gè)周期的線(xiàn)性調(diào) 頻信號(hào)作為期望檢測(cè)信號(hào)，如圖8d所示。
按照?qǐng)D3方式連接實(shí)驗(yàn)裝置，其中不經(jīng)放大器直接連接示波器。這里， 壓電換能器中心頻率為lMHz,延遲塊為3cm厚聚苯乙烯試塊。*換照?qǐng)D2流程， 完成電激勵(lì)信號(hào)的合成，其中所有數(shù)據(jù)均采用歸一化處理參與運(yùn)算。選定 的已知的電激勵(lì)波形如圖4a所示；得到檢測(cè)信號(hào)如圖4b所示；兩者通過(guò)自 適應(yīng)時(shí)域解巻積得到^r測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)。期望沖僉測(cè)信號(hào)和;險(xiǎn)測(cè)系統(tǒng) 的時(shí)域沖擊響應(yīng)再次通過(guò)自適應(yīng)時(shí)域解巻積計(jì)算，得到該線(xiàn)性調(diào)頻檢測(cè)信 號(hào)的電激勵(lì)信號(hào)，如圖8a所示。
在不改變檢測(cè)系統(tǒng)的情況下，利用計(jì)算得到的電激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)該lMHz 換能器，經(jīng)過(guò)聚苯乙烯試塊，不經(jīng)放大直接由示波器接收，檢測(cè)信號(hào)如圖 8b所示。根據(jù)線(xiàn)性調(diào)頻匹配理論，對(duì)該線(xiàn)性調(diào)頻檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行匹配后，結(jié) 果如圖8c所示。這種檢測(cè)信號(hào)用現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)施例中 的調(diào)頻檢測(cè)信號(hào)能夠解決現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)高衰減大厚件的檢測(cè)時(shí)難以解決的 穿透能力不夠和分辨率太低的問(wèn)題。
本發(fā)明可以應(yīng)用于多個(gè)超聲^^測(cè)領(lǐng)域，如工業(yè)無(wú)損:探傷、醫(yī)用超聲診 斷檢測(cè)等。可根據(jù)檢測(cè)目的設(shè)計(jì)不同的檢測(cè)信號(hào)波形，如在缺陷的分類(lèi) 檢測(cè)中，產(chǎn)生與某種缺陷相匹配的檢測(cè)信號(hào)；如在薄層厚度檢測(cè)時(shí)，可 產(chǎn)生單周期的寬帶脈沖以提高分辨率；在高衰減大厚件的檢測(cè)中產(chǎn)生線(xiàn) 性調(diào)頻信號(hào)以提高聲波的穿透能力。另外本發(fā)明將檢測(cè)目標(biāo)的物理結(jié)構(gòu) 等固定信息涵蓋在檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)力W中，可以得到更好檢測(cè)效 果(如增強(qiáng)縱向分辨率、提高靈敏度等)。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非 限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本 發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1. 一種超聲檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟1)基于信號(hào)匹配技術(shù)，設(shè)定檢測(cè)信號(hào)波形；2)根據(jù)所設(shè)定的檢測(cè)信號(hào)波形計(jì)算出電激勵(lì)信號(hào)，利用該電激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)超聲換能器生成檢測(cè)超聲信號(hào)；3)利用超聲換能器接收具有步驟1)所設(shè)定波形的攜帶目標(biāo)信息的檢測(cè)信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟l) 中，所述檢測(cè)信號(hào)波形設(shè)定為窄脈沖波形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟l) 中，所述檢測(cè)信號(hào)波形設(shè)定為與檢測(cè)目的匹配的波形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟l) 中，所述檢測(cè)信號(hào)波形設(shè)定為線(xiàn)性調(diào)頻或編碼信號(hào)的波形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟2) 中，計(jì)算所述電激勵(lì)信號(hào)的方法包括如下子步驟21 )獲取超聲檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)h (n);22)根據(jù)步驟l)設(shè)定的檢測(cè)信號(hào)波形，生成期望檢測(cè)信號(hào)波形 y—ed (n);依據(jù)y罕uo (n) =xexpected (n) *h (n),去巻積計(jì)算出所述電激勵(lì)信號(hào)Xexpected (n)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟21) 中，獲取所述時(shí)域沖擊響應(yīng)h(n)的方法包括如下步驟211 )用一個(gè)已知的電激勵(lì)信號(hào)xjn),激勵(lì)換能器測(cè)得檢測(cè)信號(hào)yi(n); 212)依據(jù)y!(n卜Xl(n)* h(n)，去巻積計(jì)算出超聲檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域沖 擊響應(yīng)h(n)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲檢測(cè)方法，其特征在于，計(jì)算所述的方法可以簡(jiǎn)化為先對(duì)/ew"/2入 A〖W兩者進(jìn)行巻積，再直 接與7/fW解巻積。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的超聲檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟211)中，所述已知的電激勵(lì)信號(hào)xjn)可以是尖脈沖、階躍脈沖等波形序 列。
9. 一種超聲檢測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)合成單元、超聲換能器和放大接收 單元，所述信號(hào)合成單元用于根據(jù)已知電激勵(lì)信號(hào)和該信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)以 及預(yù)先設(shè)定的用于超聲檢測(cè)的檢測(cè)信號(hào)波形，合成用于超聲檢測(cè)的電激勵(lì) 信號(hào)；所述超聲換能器接收所述信號(hào)合成單元發(fā)出的電激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生檢測(cè) 聲波，并接收檢測(cè)聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給所述放大接收單元；所述放大 接收單元對(duì)超聲換能器接收的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換傳入計(jì) 算單元進(jìn)行進(jìn)一 步的處理。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)合 成單元包括依次連接的計(jì)算單元和信號(hào)發(fā)生器，所述信號(hào)發(fā)生器與所述 超聲換能器連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲換 能器的輸出經(jīng)過(guò)放大接收單元反饋給所述計(jì)算單元。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述放大接 收單元包括信號(hào)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于信號(hào)匹配技術(shù)的超聲檢測(cè)方法和系統(tǒng)，該方法包括如下步驟1)基于信號(hào)匹配技術(shù)，設(shè)定檢測(cè)信號(hào)波形；2)根據(jù)所設(shè)定的檢測(cè)信號(hào)波形計(jì)算出電激勵(lì)信號(hào)，利用該電激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)超聲換能器生成檢測(cè)超聲信號(hào)；3)利用超聲換能器接收具有步驟1)所設(shè)定波形的攜帶目標(biāo)信息的檢測(cè)信號(hào)。所述超聲檢測(cè)系統(tǒng)包括信號(hào)合成單元、超聲換能器和放大接收單元。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括根據(jù)實(shí)際的檢測(cè)需求，可獲得與改善系統(tǒng)性能或檢測(cè)目的相匹配所需要特定的檢測(cè)信號(hào)；有利于發(fā)展新的超聲檢測(cè)方法和技術(shù)，解決原來(lái)不能實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)問(wèn)題；采用時(shí)域去卷積運(yùn)算，可以不丟失相位等信息，保證了檢測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確性；既減小了計(jì)算復(fù)雜程度，又利于實(shí)際控制；硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101441200SQ200710178019
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者青 葉, 廉國(guó)選, 晗 張, 順 李, 李明軒, 捷 毛, 王小民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所