[发明专利]收发一体超声探头介质分层特性探测系统

权利要求书

1.一种收发一体超声探头介质分层特性探测系统，其特征在于，包括若干只超声探头、电源、信号发生器、数字示波器和计算机，其中：

若干超声探头阵列排布，超声探头包括电路系统和超声传感器，用于依次发射和接收超声信号，电路系统用于控制超声传感器发射与接收超声波并得出回波信号与触发信号的时间间隔；

信号发生器与超声探头相连，用于向多只超声探头输入触发信号；

数字示波器分别与超声探头和信号发生器相连，用于显示被超声探头捕获的回波信号和触发信号的波形；

计算机与数字示波器连接，实现数字示波器与计算机之间的数据传输，并分析数据得出多层介质内部状况；

信号发生器具有多通道，分别向多只超声探头输入触发信号，产生负脉冲的触发信号；

电路系统包括波形调整单元、信号发生单元、超时复位与自锁单元、回波捕获与放大单元以及输入输出电平转换单元，信号发生器产生一个负脉冲触发信号，自输入输出电平转换单元输入，输出到波形调整单元，经波形调整单元将脉冲信号反相之后输入超时复位与自锁单元，由超时复位与自锁单元的单次触发与回波触发控制端口输出处理后的触发信号，输入输出电平转换单元接收处理后的触发信号并开始计时，作为计时信号；同时，信号发生器产生的触发信号由波形调整单元强化，输入到信号发生单元，进而驱动发送接收一体超声换能器产生超声波，返回的超声波被回波捕获与放大单元捕获并放大，放大后的信号输入到超时复位与自锁单元，单次触发与回波触发控制端口输出回波信号，输入输出电平转换单元接收回波信号并停止定时，输入输出电平转换单元与数字示波器相连，将正脉冲信号显示在数字示波器上。

2.根据权利要求1所述的收发一体超声探头介质分层特性探测系统，其特征在于，所述超声探头阵列，自上而下，信号发生器产生的触发信号按设定的相位差依次触发超声探头，再由下而上，触发信号按设定的相位差依次触发超声探头，每个超声探头两次触发之间的时间间隔T_m大于被检测物体与探头之间的传输时间。

3.根据权利要求1所述的收发一体超声探头介质分层特性探测系统，其特征在于，在波形调整单元中，由信号发生器产生的负脉冲触发信号自测试触发电路输出，输入到信号分配电路，在信号分配电路中利用电压比较器将负脉冲触发信号反相后得到正脉冲信号作为起始的计时信号输入至超时复位与自锁单元的单次触发信号输入端中；同时，从信号分配电路输出的正脉冲信号经过波形调整电路中的施密特触发器的翻转调整后，自信号发生使能端输入信号发生单元；正脉冲信号经波形调整电路中的施密特触发器翻转并延迟后得到单次触发锁定信号，输入到超时复位与自锁单元的单次触发锁定电路中；波形调整单元包括超时信号衰减模块，如果触发信号超时，超时信号衰减模块对超时信号进行衰减。

4.根据权利要求1所述的收发一体超声探头介质分层特性探测系统，其特征在于，在信号发生单元和回波捕获与放大单元中，信号发生使能端接收到正脉冲信号后经过震荡频率发生电路产生驱动信号输至超声换能器驱动电路，由超声换能器驱动电路驱动变压器，变压器将驱动信号传递至发送接收一体超声换能器，使发送接收一体超声换能器工作发射超声波；被介质反射回来的超声波信号被回波捕获与放大单元中的回波捕获电路捕获，捕获的回波信号由回波放大电路进行处理，然后由检波电路对回波信号检出，得到放大及检波后的回波信号。

5.根据权利要求4所述的收发一体超声探头介质分层特性探测系统，其特征在于，信号发生单元中的震荡频率发生电路采用555触发器，变压器与电容和电阻进行阻抗匹配得到谐振频率f_u，f_u即为超声传感器的中心频率以及超声传感器产生的超声波频率。

6.根据权利要求5所述的收发一体超声探头介质分层特性探测系统，其特征在于，采用超声传感器的频率范围为40～200KHz。

7.根据权利要求4所述的收发一体超声探头介质分层特性探测系统，其特征在于，回波捕获电路包括两个二极管组成的钳位电路，与回波信号产生谐振，实现对回波信号的捕获。