專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲檢測(cè)數(shù)字檢波方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲無(wú)損檢測(cè)中超聲脈沖回波信號(hào)的數(shù)字檢波方法及其設(shè)備，屬超聲檢測(cè)領(lǐng)域，國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)為GO1H。
由于超聲檢測(cè)其回波的振幅信息與被測(cè)材料的特性有關(guān)，所以通常所用的A超或B超檢測(cè)儀就是利用超聲射頻脈沖回波的振幅檢波信息來(lái)探測(cè)被測(cè)體中的缺陷及不均勻特性。目前國(guó)產(chǎn)探傷儀和一些B超檢測(cè)儀中都是利用硬件檢波器進(jìn)行檢波，從而獲取回波的振幅信息。所用的硬件檢波器一直由半導(dǎo)體二極管、三極管或集成運(yùn)算放大器等非線性元件和RC(或LC)濾波器組成。例如《無(wú)損檢測(cè)》雜志(1995年第3期)發(fā)表的題為“一種新型高頻檢測(cè)系統(tǒng)”一文中就是采用三極管射極跟隨器檢波。但是，硬件檢波器往往存在著較大的非線性波形失真，表現(xiàn)在檢出的視頻包絡(luò)脈沖上沿和下沿時(shí)間的延長(zhǎng)，特別是下沿。另外，脈沖的頂部往往帶有高頻紋波，有時(shí)還夾有不同程度的噪聲，影響了超聲檢測(cè)的分辯率和檢測(cè)質(zhì)量。
本發(fā)明旨在克服目前超聲無(wú)損檢測(cè)中硬件檢波方法的缺點(diǎn)和不足，提供一種新型的數(shù)字檢波方法及其相應(yīng)的設(shè)備，從而減少振幅信息即檢波波形的波形失真度，降低噪聲，提高超聲檢測(cè)的分辯率，保證超聲檢測(cè)的質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一是峰值數(shù)字檢波，二是希爾波特?cái)?shù)字檢波。
一、峰值數(shù)字檢波(一)峰值數(shù)字檢波方法。
(1)將超聲換能器接收到的超聲回波信號(hào)經(jīng)過(guò)40db左右的射頻放大器放大后，送到50MHz的A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)接口卡送至486/586微機(jī)。
(2)將已經(jīng)過(guò)A/D變換的射頻回波數(shù)據(jù)用移動(dòng)平均法進(jìn)行高頻濾波。
設(shè)這列回波信號(hào)的原始數(shù)列有K個(gè)，用V[K]表示，V[K]數(shù)組由V1、V2、V2…VK組成，經(jīng)過(guò)移動(dòng)平均法進(jìn)行高頻濾波后的數(shù)列用f[K-(n-1)]表示，f[K-(n-1)]數(shù)組由f1、f2、f3…fK-(n-1)表示，式中n是原始數(shù)列V[K]中每次用于取平均值的相鄰數(shù)值的個(gè)數(shù)(例n＝5)，則有下列對(duì)應(yīng)關(guān)系fi+(n-1)/2=Vi+Vi+1+Vi+2+···+Vi+n-1n----(1)]]>fi+1+(n-1)/2=Vi+1+Vi+2+Vi+3+···+Vi+nn----(2)]]>最后，令I(lǐng)代替(i+1+(n-1)/2)，f(I)就可用來(lái)表示經(jīng)過(guò)高頻濾波后的數(shù)組。
(3)對(duì)進(jìn)行高頻濾波后的每列射頻回波數(shù)組f(I)遍歷局部最大值，得到所有局部最大值的數(shù)據(jù)。可稱(chēng)局部最大值為峰值。
設(shè)fi-1、fi、fi+1為回波信號(hào)中三個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，如果fi滿足fi＞fi-1且fi＞fi+1···(3)則fi為局部最大值，即峰值。
(4)在得到局部最大值的同時(shí)，應(yīng)得到兩個(gè)相應(yīng)的數(shù)組C(I)和I(N)。C(I)只是在f(I)為峰值時(shí)，C(I)＝f(I)，否則為零。N表示峰值點(diǎn)的總數(shù)，I(N)表示f(I)的N個(gè)峰值至各自對(duì)應(yīng)的具體的I的序號(hào)值，由I1、I2、I3…IN組成。I1表示第一個(gè)峰值點(diǎn)的位置，I2表示第二個(gè)峰值點(diǎn)的位置，余此類(lèi)推。
(5)在相鄰的局部最大值間插值，其結(jié)果就會(huì)得到振幅解調(diào)信號(hào)L(I)，本方法采用埃特金插值法，具體如下式所示
L(I)就是峰值數(shù)字檢波后的檢波數(shù)列。
(二)本發(fā)明設(shè)備及工作流程等如附圖所示。

圖1為設(shè)備方框圖。圖2為工作流程圖。圖3-a為一列超聲射頻脈沖回波信號(hào)圖。圖3-b為獲取的振幅包絡(luò)圖。
其中1——超聲脈沖發(fā)生器、2——超聲換能器、3——射頻脈沖接收放大器、4——A/D轉(zhuǎn)換器、5——時(shí)鐘、6——高頻濾波、7——探測(cè)峰值、8——插值求振幅、9——顯示、10——記錄、11——開(kāi)始、12——高頻濾波求f(I)、13——是峰值、14——C(I)＝0、15-I(N)＝I及C(I)、16——對(duì)C(I)插值、17——結(jié)束、18——超聲回射信號(hào)、19——振幅解調(diào)信號(hào)。
由圖1可知，本發(fā)明設(shè)備由超聲脈沖發(fā)生器1、超聲換能器2、射頻脈沖接收放大器3、A/D轉(zhuǎn)換器4、時(shí)鐘5及486/586微機(jī)組成。在所用微機(jī)中，對(duì)由A/D轉(zhuǎn)換得到的射頻回波數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列相應(yīng)的信號(hào)處理有高頻濾波6，去除不需要的噪聲信息；有探測(cè)峰值7，得到回波信號(hào)中所有的局部最大值；及插值求振幅8，根據(jù)埃特金插值法得到所需的檢波信號(hào)；最后進(jìn)行顯示9及記錄10。
工作流程是這樣的首先在開(kāi)機(jī)11時(shí)，超聲回波信號(hào)18經(jīng)過(guò)50MHz的A/D轉(zhuǎn)換器4轉(zhuǎn)換成數(shù)字的超聲回波信號(hào)送到微機(jī)(486/586)，再用移動(dòng)平均法進(jìn)行高頻濾波6，得到去除噪聲后的超聲回波f(I)12；然后對(duì)其遍歷局部最大值13，求出所有的峰值的數(shù)據(jù)14和位置15，即峰值的數(shù)據(jù)C(I)及其標(biāo)明相應(yīng)的位置數(shù)組I(N)；最后在相鄰的峰值之間進(jìn)行插值16，其方法是根據(jù)埃特金線性插值法，結(jié)束17時(shí)得到所需要的振幅解調(diào)信號(hào)19。
二、希爾伯特?cái)?shù)字檢波。
這是一種根據(jù)希爾伯特變換的超聲檢測(cè)數(shù)字檢波方法。適用于各種精密超聲檢測(cè)系統(tǒng)。所用設(shè)備包括超聲發(fā)射器和接收器，50MHz高速A/D轉(zhuǎn)換器；以及與之相連的486/586微機(jī)，該方法是(1)將已經(jīng)測(cè)得的已經(jīng)過(guò)A/D變換了的一列列射波回波信號(hào)采樣數(shù)據(jù)f(I)作為這個(gè)復(fù)數(shù)函數(shù)的實(shí)部，組成的這個(gè)復(fù)數(shù)函數(shù)稱(chēng)它為解析函數(shù)FA(t)，其虛部為f(I)的希爾伯特變換。
(2)由已檢測(cè)的回波信號(hào)f(t)，通過(guò)FFT變換得到它的頻譜函數(shù)f(ω)。
(3)對(duì)于f(ω)進(jìn)行頻譜修正，當(dāng)頻譜中的頻率ω＞0時(shí)，f(ω)的數(shù)值用2f(ω)代替，在其余的頻率ω，f(ω)用0代替，這時(shí)得到的整個(gè)頻譜數(shù)值即為解析函數(shù)FA(t)的頻譜FA(ω)的數(shù)值。
(4)通過(guò)IFFT反富氏變換，將FA(ω)轉(zhuǎn)變?yōu)镕A(t)。
(5)FA(t)是復(fù)數(shù)，它的實(shí)部平方加上虛部平方就可得到所得射頻回波信號(hào)的準(zhǔn)確的檢波后的信號(hào)。
本發(fā)明與現(xiàn)有的硬件振幅檢波方法相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)(1)可以省出對(duì)超聲射頻回波信號(hào)的檢波電路及相應(yīng)的視放電路。相應(yīng)地降低對(duì)射頻回波進(jìn)行高放的增益要求。
(2)不產(chǎn)生硬件檢波所產(chǎn)生的種種波形失真。
(3)配合對(duì)射頻回波數(shù)字信號(hào)的噪聲濾波，可以成功地濾除回波信號(hào)中的高頻噪聲，提高檢波信號(hào)的信噪比。
(4)因?yàn)閿?shù)字檢波法得到的檢波波形能忠實(shí)地反映超聲回波信號(hào)的振幅包絡(luò)特性，所以提高了超聲檢測(cè)的精度和質(zhì)量。
(5)在不脫離本發(fā)明所附權(quán)利要求1所述精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明作種種修改，例如將本發(fā)明用于采用了高A/D轉(zhuǎn)換器的智能化超聲探傷儀。
權(quán)利要求
1.一種超聲檢測(cè)數(shù)字檢波方法及其設(shè)備。適用于各種超聲檢測(cè)系統(tǒng)，其設(shè)備包括超聲脈沖發(fā)生器(1)、壓電換能器(2)、射頻脈沖接收放大器(3)、A/D轉(zhuǎn)換器(4)、時(shí)鐘(5)及與之相連的微機(jī)組成，對(duì)測(cè)到的已經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(4)的一列列射頻回波信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行高頻濾波，其方法的特征有(1)對(duì)進(jìn)行高頻濾波后的每列射頻回波數(shù)據(jù)f(I)遍歷局部最大值，得到一列列數(shù)據(jù)的所有的局部最大值的數(shù)據(jù)C(I)和I(N)；(2)在相鄰的兩個(gè)局部最大值之間采用埃特金線性插值，得到振幅解調(diào)信號(hào)(19)。
2.一種實(shí)施權(quán)利要求1方法的設(shè)備，其特征在于使微機(jī)(486/586)作高頻濾波(6)，探測(cè)峰值(7)、插值求振幅(8)用。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于C(I)只是在f(I)為峰值時(shí)，C(I)＝f(I)，否則為零；N表示峰值點(diǎn)的總數(shù)，I(N)表示f(I)的N個(gè)峰值至各自對(duì)應(yīng)的具體的I的序號(hào)值，由I1、I2I2…IN組成；I1表示第一個(gè)峰值點(diǎn)的位置，I2表示第二個(gè)峰值點(diǎn)位置，余此類(lèi)推。
全文摘要
一種超聲檢測(cè)數(shù)字檢波方法及其設(shè)備,涉及超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。為了克服目前廣泛應(yīng)用的硬件檢波方法的缺點(diǎn)和不足,提高超聲檢測(cè)的分辨率,保證超聲檢測(cè)質(zhì)量,提供一種新型的峰值數(shù)字檢波方法。即對(duì)進(jìn)行高頻濾波后的每列射頻回被數(shù)據(jù)f(t)遍歷局部最大值;在相鄰的兩個(gè)局部最大值之間采用埃特金線性插值,得到振幅解調(diào)信號(hào)。實(shí)施其方法的設(shè)備是使微機(jī)作高頻濾波、探測(cè)峰值及插值求振幅等用。
文檔編號(hào)G01N29/00GK1187622SQ9710900
公開(kāi)日1998年7月15日 申請(qǐng)日期1997年1月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月7日
發(fā)明者李瓏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所