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专利名称：相控阵超声换能器声场扫查方法
技术领域：
本发明涉及超声无损检测领域，特别涉及相控阵超声换能器声场测量与校准，是一种相控阵超声换能器声场的扫查测量方法。
背景技术：
超声相控技术是采用软件延时的方法控制换能器各阵元的相位，从而实现声束的聚焦和偏转的，与传统的超声检测方法相比，相控阵检测技术可以在不移动或少移动探头的情况下进行快速的扫查，具有良好的声束可达性，可对复杂几何形状的工件及其盲区缺陷进行检测；通过控制焦点尺寸、焦区深度和声束方向，可使检测分辨率、信噪比等性能提高，使得检测得以又好又快的完成。作为相控检测系统核心部件的相控阵超声换能器的特性将直接影响到检测的精度，而其各种特性在使用过程中又容易发生变化，因此很有必要对其特性进行定期测量和校准，以保证检测的精度。在相控阵超声换能器的各种特性中，声场特性是其中十分重要的一项。相控阵换能器的声场特性主要包括了焦点距离、焦点尺寸、声束偏转角以及声束扩散角。本发明提出了一种用于相控阵超声换能器声场扫查测量的方法，能够快速准确的测量出相控阵超声换能器的声场特性。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于相控阵超声换能器声场扫查测量的方法。该方法有效的实现了相控阵超声换能器声场的快速和准确测量。为达到上述目的，本发明的构思是通过位置信号触发来保证声压数据的位置精度，通过阵元激励信号作为同步信号来保证相控激励和数据采集的同步，通过扫查运动往返行程中均进行数据采集来提高扫查效率。根据上述的发明构思，本发明的技术方案如下水听器相对相控阵超声换能器进行扫查运动，通过其驱动电机轴上的编码器卡监测水听器的位置，当达到设定的数据采集位置时，编码器卡发送触发脉冲触发相控激励装置，同时将相控阵超声换能器某一阵元的激励信号引出，通过信号转化电路转换为TTL信号，并将该TTL信号作为同步信号接到高速采集卡的外触发端，触发采数，使相控激励与数据采集间同步。而在声场扫查测量过程中，在水听器扫查运动的往返行程中均进行数据采集，从而在保证高精度的条件下提高了扫查效率。综以上所采取的技术方案，现实了本发明的目的。本发明的有益效果是通过位置触发相控激励和数据采集，保证了声场测量的精度，通过扫查运动往返行程均进行数据采集提高了测量的效率。


图I本发明测量相控阵超声换能器声场扫查原理图
图2本发明信号转换电路原理3本发明声场扫查来回采数原理图在图1-3中，I :计算机；2 :编码器卡；3 :数据采集卡；4 :运动控制卡；5 :相控阵超声换能器相控激励装置；6 :信号转换电路；7 :驱动器；8电机；9 :相控阵超声换能器；10 水听器；11 :水槽；12 :光电耦合器；13单稳态多谐振荡器。
具体实施方案本发明的具体实施方案结合附图详述如下图I是本发明测量相控阵超声换能器声场扫查方法的原理图。该测量系统包括 计算机(I)、编码器卡(2)、高速采集卡(3)、运动控制卡(4)、相控阵超声换能器相控激励装置(5)、信号转换电路(6)、驱动器(7)、电机⑶、相控阵超声换能器(9)、水听器(10)、水槽
(11)。在进行声场测量时，通过运动控制卡(4)控制驱动器(7)和电机(8)带动水听器
(10)进行三维扫查运动，同时由编码器卡(2)记录水听器的位置，当水听器到达设定的采数位置时，编码器卡(2)会发送一个触发脉冲给相控阵超声换能器相控激励装置的外触发口，触发相控激励装置激励相控阵超声换能器发射超声波。同时将相控阵超声换能器(9)某一阵元的激励信号引出，并通过信号转换电路(6)将负脉冲信号转换为TTL信号，并将该信号接到高速采集卡的外触发端，触发数据采集，从而实现相控激励与数据采集间的同步。相控阵超声换能器(9)发射的超声波被水听器(10)接收后变为电信号，送入高速数据采集卡(3)，在高速采集卡(3)中数据通过循环队列的方式进行管理，并定时的通过DMA方式送入计算机(I)中，在计算机(I)中通过软件的方式计算峰峰值，并将该峰峰值作为声信号的声压幅值，并近似将这个声压幅值当做换能器辐射声场中水听器(10)中心所在处的声场声压幅值。通过各点的声压幅值绘制成一张二维的声场图，就可以测得相控阵超声换能器的空间声场声压分布。图2为信号转换电路的原理图。图3为声场扫查来回采数原理图。为提高扫查效率，本发明采用了扫查往返行程均采数的方法。如图3所示，为消除位置误差，在扫查过程中设置了加速阶段和减速阶段，在加减速阶段不进行数据采集，只在中间的匀速运动阶段进行数据采集，在软件绘图时，判断扫查的行数是否为2的倍数，若为2的倍数，说明是正向运动，则从左往右点像素点，否则是反向运动，从右往左点像素点，并循环该过程直到扫查结束。通过上述处理便能高效、准确的进行相控阵超声换能器声场扫查。
权利要求
1.一种相控阵超声换能器声场扫查的方法，其特征在于采用位置信号触发相控激励装置进行相控激励，同时利用某一阵元的激励信号作为高速采集卡的同步信号，从而达到了相控激励与数据采集间的同步。在扫查的往返运动中均进行数据采集，并采用了普通的数据采集卡，通过软件计算电压峰峰值作为相控阵超声换能器在某一点的声压值。
2.根据权利要求I所述的相控阵超声换能器声场扫查的方法，其特征在于采用编码器卡(2)实时记录水听器相对相控阵超声换能器的位置，当到达软件设定的采数位置时，编码器卡(2)会发送TTL信号，将该TTL信号送入相控激励装置(5)的外触发接口上，触发相控激励装置激励相控阵超声换能器发射超声波，即通过位置触发，使得声场数据准确。
3.根据权利要求I所述的相控阵超声换能器声场扫查的方法，其特征在于在扫查轴的往返运动中均进行数据采集，从而提高了扫查效率；并且在运动过程中设置了加减速阶段，在加减速阶段不进行采数，而只在中间匀速运动阶段进行数据采集，从而消除了位置误差。
4.根据权利要求I所述的相控阵超声换能器声场扫查的方法，其特征在于采用普通的高速采集卡，而非超声检测专用数据采集卡，通过软件而非硬件计算峰峰值，再通过自定义的灰度表将峰峰值转换为颜色值，从而绘制出相控阵超声换能器的声场图。
全文摘要
本发明涉及一种适用于相控阵超声换能器声场扫查的方法，解决了相控阵声场测量与校准的问题。本声场扫查方法通过控制水听器相对相控阵超声换能器运动，测量相控阵超声换能器发射的超声波传播的空间声压分布(即相控阵超声换能器的声场)。本方法的特点是利用位置信号触发相控激励和数据采集，声场数据准确，扫查运动轴的往返行程中均采集数据，测量效率高。
文档编号G01N29/30GK102662007SQ20121016234
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者周世圆, 徐春广, 杨波, 潘勤学, 王洪博, 王立久, 肖定国, 赵新玉, 邓明恺 申请人:北京理工大学