一種基于圖形的超聲檢測(cè)脈沖回波信號(hào)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了一種基于圖形的超聲檢測(cè)脈沖回波信號(hào)分析方法。該方法針對(duì)自發(fā) 自收模式超聲檢測(cè)，提出了一種描述超聲脈沖傳播的時(shí)間與空間關(guān)系及回波波形信息的二 維表達(dá)圖形和基于該圖形的超聲檢測(cè)脈沖回波信號(hào)分析方法，可以快速辨認(rèn)出各個(gè)回波信 號(hào)是哪個(gè)反射面的第幾次的回波。 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 在分析采用壓電式超聲換能器自發(fā)自收檢測(cè)模式的脈沖回波信號(hào)時(shí)，由于聲波信 號(hào)遇到多個(gè)反射體產(chǎn)生多次反射，換能器接收到的時(shí)域回波信號(hào)呈現(xiàn)復(fù)雜規(guī)律，直接用回 波信號(hào)的時(shí)域波形分析各個(gè)回波信號(hào)的具體來源較困難，若對(duì)回波信號(hào)的來源分析出現(xiàn)錯(cuò) 誤，就可能給出錯(cuò)誤的檢測(cè)結(jié)果和結(jié)論。
[0003] 采用單個(gè)帶透鏡的壓電式超聲波探頭以自發(fā)自收方式進(jìn)行無損檢測(cè)時(shí)的超聲傳 播規(guī)律如圖1所示。假設(shè)透鏡的長(zhǎng)度為Q，聲速為(^，耦合水程的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，聲速為〇2。壓 電元件①在電脈沖的激勵(lì)下產(chǎn)生的超聲波由界面A傳入透鏡②，傳至其另一端面時(shí)在界面 B產(chǎn)生透射和反射。若取壓電元件產(chǎn)生超聲波的時(shí)刻為0時(shí)刻，則反射回波經(jīng)透鏡傳播后 返回到壓電元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的時(shí)間為A 透射波在水中傳播到達(dá)發(fā)射體④時(shí)，在界 面C產(chǎn)生反射，該反射回波在界面B和C之間的傳播時(shí)間為G 無損檢測(cè)的研究人員 經(jīng)常通過由時(shí)間作為橫坐標(biāo)，反射脈沖幅度作為縱坐標(biāo)的曲線，稱為A掃曲線，來分析自發(fā) 自收方式的檢測(cè)信號(hào)，如圖2所示。
[0004] 從A掃曲線可以看出，各界面脈沖回波返回壓電元件的時(shí)刻，但不能直接看出各 脈沖來自哪個(gè)反射界面。
[0005] 本發(fā)明提出了一種分析單探頭自發(fā)自收超聲檢測(cè)時(shí)，同時(shí)表達(dá)超聲脈沖傳播路徑 和傳播時(shí)間的信息的二維圖形分析方法。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0006] 如圖3所示，壓電元件與透鏡之間的耦合界面為A，透鏡與水的耦合界面為B，水與 被測(cè)反射體的耦合界面為C，三個(gè)界面以平行直線表示，A、B界面間的空間表示透鏡介質(zhì)， B、C界面間的空間表示耦合水介質(zhì)，用以Θ角入射的斜線表示超聲波脈沖在各介質(zhì)中的傳 播路徑，斜線的長(zhǎng)度表示超聲波在各介質(zhì)中傳播路徑的長(zhǎng)度，假設(shè)超聲波在透鏡中的雙向 傳播總時(shí)間為L(zhǎng)，在水程中的雙向傳播總時(shí)間為t2,則
[0007]
[0008] 1^osΘ〇c11?L2= 12cosΘ〇c12
[0009]
[0010] 在傳播路徑斜線與界面A(壓電元件與透鏡接觸面）的交點(diǎn)處，用豎線表示界面反 射回波，豎線的長(zhǎng)度表示回波的強(qiáng)度。
[0011] 以上述關(guān)系式為約束，按圖3方式畫圖，同時(shí)對(duì)橫縱坐標(biāo)考慮比例因子標(biāo)度，則圖 3的橫坐標(biāo)表示超聲脈沖傳播時(shí)間，縱坐標(biāo)方向包含介質(zhì)厚度信息，再加上表示回波強(qiáng)度的 縱坐標(biāo)，圖3清晰地表達(dá)了自發(fā)自收超聲檢時(shí)脈沖傳播的時(shí)間和空間信息。考慮各界面多 次反射，回波信號(hào)分析如圖4所示，從圖中可以直觀快速地辨認(rèn)出檢測(cè)信號(hào)波形中出現(xiàn)在 不同時(shí)刻的回波信號(hào)是來自哪個(gè)反射面的第幾次的回波。
[0012] 本發(fā)明涉及一種基于包含空間和時(shí)間信息的圖形的脈沖激勵(lì)聲波的回波信號(hào)分 析方法。本方法可以快速辨認(rèn)出各個(gè)回波信號(hào)是來自哪個(gè)反射面的第幾次的回波。
[0013] 本發(fā)明方法的所具備的條件是這樣的，給探頭一個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)，采用自發(fā)自收 模式進(jìn)行超聲檢測(cè)，分析檢測(cè)信號(hào)中各回波脈沖對(duì)應(yīng)的反射面。 四、
【附圖說明】：
[0014] 圖1自發(fā)自收模式超聲檢測(cè)時(shí)的超聲波傳播原理示意圖
[0015] 附圖標(biāo)記說明如下1為透鏡的長(zhǎng)度，ci為透鏡中聲速，L2為耦合水程的長(zhǎng)度，c2 為水中聲速，①為壓電元件，②為透鏡，③為耦合介質(zhì)水，④為被測(cè)反射體。A界面為壓電元 件與透鏡的接觸面，B界面為透鏡另一表面與耦合介質(zhì)水的接觸面，C界面為耦合介質(zhì)水中 反射體的上表面。
[0016] 圖2自發(fā)自收模式超聲檢測(cè)接收回波信號(hào)的時(shí)間與幅值關(guān)系波形示意圖
[0017] 附圖標(biāo)記說明如下：S。為發(fā)射脈沖；Si*在界面B反射后的回波信號(hào)，即界面B的 一次回波信號(hào)；Sn為在界面C反射后的回波信號(hào)，即界面C的一次回波信號(hào)。
[0018] 圖3自發(fā)自收模式超聲檢測(cè)時(shí)超聲波傳播的時(shí)間與空間關(guān)系及回波波形二維表 示圖
[0019] 附圖標(biāo)記說明如下山為聲波在透鏡中的單向傳播路徑；1 2為聲波在耦合介質(zhì)水 中的單向傳播路徑。ltl為聲波在透鏡中的單向傳播路徑的水平分量；1,2為聲波在耦合介 質(zhì)水中的單向傳播路徑的水平分量。
[0020] 圖4考慮界面多次反射時(shí)超聲波傳播的時(shí)間與空間關(guān)系及回波波形二維表示圖
[0021] 附圖標(biāo)記說明如下：S。為發(fā)射脈沖；51、&、53、54為界面8反射后的回波信號(hào)，即界 面B的一次、二次、三次、四次回波信號(hào)，且51、52、53、5 4相鄰信號(hào)時(shí)間間隔相等為八^=七1; Su、Sl2、Sl3(i= 1，2,3,4)為界面B的一次、二次、三次、四次反射（透射）信號(hào)在界面C產(chǎn) 生的一次、二次、三次回波信號(hào)，且Su、Sl2、Sl3相鄰信號(hào)時(shí)間間隔相等為Δ12= 12。 五、
【具體實(shí)施方式】：
[0022] 下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0023] 對(duì)于圖1所示的帶透鏡探頭自發(fā)自收檢測(cè)模式，探頭發(fā)出聲波后，在透鏡中、耦合 介質(zhì)水中以及被測(cè)物體中傳播，在透鏡與水界面和水與被測(cè)物體界面反射，反射回波信號(hào) 如圖2,可得界面間傳播時(shí)間tJPt2。
[0024] 設(shè)定畫圖時(shí)表示聲傳播路徑的斜線入射角θ，計(jì)算表示透鏡的長(zhǎng)度Ll和表示耦合 水介質(zhì)厚度的12值
[0025]
[0026] 取合適的比例系數(shù)，考慮多次反射，根據(jù)探頭、耦合介質(zhì)以及被測(cè)物體的空間位置 關(guān)系，畫出超聲傳播時(shí)間與空間關(guān)系及回波信號(hào)u(t)_t的二維表示圖，如圖4。
[0027] 從圖4中，從界面A上各回波出現(xiàn)的位置沿聲傳播斜線尋找反射界面，即可直觀快 速的分析出檢測(cè)信號(hào)波形中出現(xiàn)在不同時(shí)刻的回波信號(hào)是來自哪個(gè)反射面的第幾次的回 波。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于圖形的超聲檢測(cè)脈沖回波信號(hào)分析方法，其特征在于：應(yīng)用圖形表示回波 脈沖的到達(dá)時(shí)刻和對(duì)應(yīng)的反射界面，可以快速辨認(rèn)出各個(gè)回波信號(hào)是哪個(gè)反射面的第幾次 的回波。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，用斜線表示超聲波傳播路徑，并利用聲速、聲程和傳播時(shí)間 之間的物理關(guān)系使得傳播時(shí)間和介質(zhì)厚度可在二維平面圖中集中表達(dá)，同時(shí)表達(dá)了超聲脈 沖傳播的時(shí)間與空間關(guān)系以及回波信號(hào)波形信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，考慮比例因子對(duì)橫縱坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)度，圖形的橫坐標(biāo)長(zhǎng)度表 示傳播時(shí)間、縱坐標(biāo)包含介質(zhì)厚度信息和回波信號(hào)幅度信息，因此脈沖回波之間的傳播時(shí) 間可以從圖中坐標(biāo)直接讀出。且各界面的相鄰次回波信號(hào)之間的時(shí)間間隔相等。4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，在壓電元件與透鏡界面的回波點(diǎn)用豎線表示回波，豎線長(zhǎng) 度表示回波信號(hào)強(qiáng)度，與實(shí)際中示波器觀察到的信號(hào)波形一致，符合工程應(yīng)用習(xí)慣。
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種基于圖形的超聲檢測(cè)脈沖回波信號(hào)分析方法。本發(fā)明針對(duì)自發(fā)自收模式超聲檢測(cè)，根據(jù)探頭壓電元件在脈沖電壓激勵(lì)下發(fā)射脈沖超聲波，在耦合介質(zhì)和被測(cè)物體中傳播遇到界面反射產(chǎn)生回波的物理規(guī)律，提出了一種在說明書中詳述的包含超聲脈沖傳播時(shí)間與空間關(guān)系及回波波形信息的二維表達(dá)圖形和基于該圖形的超聲檢測(cè)脈沖回波信號(hào)分析方法，使用本方法可以快速辨認(rèn)出各個(gè)回波信號(hào)是哪個(gè)反射面的第幾次的回波。
【IPC分類】G01S7/539
【公開號(hào)】CN105388469
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510705617
【發(fā)明人】肖定國(guó), 張秀華, 潘勤學(xué), 徐春廣, 楊超, 張正, 楊校華
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日