[发明专利]一种用于测量声场的二维扫描系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量声场的二维扫描系统，用于测量整个介质表面超声信号的检测，属于声学和电子通信领域。

背景技术

近年来，超声无损检测逐渐成为在各大工程安全检测中的主要检测手段。为了能更好的分析检测信号，我们需要结合受检测介质中声场的变化规律和在介质表面超声信号的传播情况，来提取信号的关键特征。所以，对声场进行测量，并图形化，将有利于我们对检测信号的精确分析，也可以将超声传播过程中信号的变化良好地可视化，用于相关的研究分析。

传统的声场测量主要是在水中进行，通过三维扫描获得水中声场，但该方法不适合固体声场测量。

另外，生产中，实际测量对象一般都体积较大，测量时有很多噪声及一些不确定因素的影响，这些都不利于特征信号的提取。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够测量整个固体介质表面超声信号传播情况的系统，该系统能实现以二维模拟三维的声场测量。

实现本发明目的的技术方案是：一种用于测量声场的二维扫描系统，包括：

用于发射和接收超声波的超声换能器，其中，发射换能器采用宽度窄、长度较长的长条形压电陶瓷片，该长条形压电陶瓷片的宽度和长度之比控制在1：4到1：6之间。

超声换能器驱动模块，用以提供足够的功率来驱动超声换能器；

步进电机位移模块，通过步进电机驱动器控制步进电机在横轴或者纵轴移动，使换能器探头可以移动采集表面某一域的超声声场，得到该点的声场信号数据；

信号采集模块，通过信号调理电路对采集到的信号进行放大，再进行AD转换，传输至微控制器进行处理；

微控制器控制处理模块，通过编程来控制带有超声换能器探头的步进电机的移动以及对采集到的数据进行处理；

通信模块，通过串口通信将处理后的数据传送回电脑。

采用上述技术方案后，本发明利用超声换能器，通过单片机编程控制带有超声换能器探头的步进电机的移动采集表面某一域的超声声场，得到该点的声场信号数据。再对信号进行运算放大并数字输出。最终结合串口通信，将测量得到的数据发送回电脑。

本发明能实现对固体测量样品表面每个点的定点测量，通过其测量的数据来研究如何更好的结合声场特性，测量在固体测量样品表面传播的超声信号的特点。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施案例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种用于测量声场的二维扫描系统，其特征在于该系统包括：

用于发射和接收超声波的超声换能器，其中发射换能器采用宽度窄、长度较长的长条形压电陶瓷片，通常贴在工件的正中间，使超声波的发射源近似理想线源。这样可以使声波在待测板上下的反射信号尽量地小，以达到利用二维测量方法代替三维测量的目的。测量时，可以将压电陶瓷片粘贴在被测工件表面； 

超声换能器驱动模块，用以提供足够的功率来驱动超声换能器；

步进电机位移模块，通过步进电机驱动器控制步进电机在横轴或者纵轴移动，使换能器探头可以移动采集表面某一域的超声声场，得到该点的声场信号数据；

信号采集模块，过信号调理电路对采集到的信号进行放大，再进行AD转换，传输至微控制器进行处理；

微控制器控制处理模块，通过编程来控制带有超声换能器探头的步进电机的移动以及对采集到的数据进行处理；

通信模块，通过串口通信将处理后的数据传送回电脑。

如图1所示，信号采集信号模块由信号调理电路和高速AD模块两个部分组成；步进电机位移模块包括X轴步进电机和Y轴步进电机；超声换能器以超声换能器驱动模块进行驱动；通信模块以RS232方式进行通信。

本发明的工作原理如下：

利用超声发射换能器在待测板某一断点发射超声信号，通过单片机编程控制带有超声接收换能器探头的步进电机的移动采集表面某一域的超声声场，得到该点的声场信号数据。再对信号进行运算放大并数字输出。最终结合串口通信，将测量得到的数据发送回电脑。最后在电脑上将采集到的数据通过软件变为声波的二维传播图像，并在二维图像的基础上生成动态的声波传播动画。

单片机采用低功耗的AVR单片机，这样可以更稳定，工作时间更长。在数据的采集上，由于采集的信号比较小，通过运放电路对采集到的信号进行放大，再进行AD转换，传输回单片机进行处理。