[发明专利]收发一体超声探头介质分层特性探测系统

说明书

本发明公开了一种收发一体超声探头介质分层特性探测系统，包括若干超声探头、电源、信号发生器、数字示波器、计算机，其中超声探头阵列排布，探头由电路系统以及超声传感器封装而成，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；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，分析数据后得出多层介质内部状况。本发明通过电路系统实现对收发一体传感器发射与接收超声波的精确控制，准确测量超声波的传输时间；通过计算机对数据分析计算可以定量检测到每层介质的具体位置、介质厚度以及内部缺损情况。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种收发一体超声探头介质分层特性探测系统。

背景技术

超声波技术具有成本低，速度快，非接触，无损等诸多优点。因此，超声波检测技术广泛应用于许多间接检测领域，如工程测量，机器人，工业自动化等。然而，超声波在多层介质中的传输与反射非常复杂，定量检测较为困难。同时，超声波在相同介质下以不同频率传输时，超声波的能量衰减特性也有较大差异。通常，随着超声波换能器频率，传输距离，反射面吸收率和辐射角度的增加，超声波的能量衰减迅速增加。

根据超声波发射单元和接收单元的结构，用于检测的超声换能器可以分为复合探头和单体探头。复合探头由一个发射换能器和一个或多个接收换能器/传感器组成，具有体积大，灵敏度低，测试电路简单等显著特点。单体结构只有一个传感器同时兼具发射和接收两种功能，具有体积小，灵敏度高，测试电路复杂等显着特点。而正因为这些因素的限制，超声波检测技术在应用中有着许多困难。

作为非接触检测技术，超声波可用于距离测量。在超声波检测领域，测量距离与传输时间密切相关。在相同的距离下，传输时间可以通过介质密度，环境温度和压力的参数来实现。当参数假定为常数时，获取超声穿透介质的传输时间是非常重要的。因此，电路系统的时间精度和响应速度对超声波检测应用具有重要的地位。

而超声波在多层介质中的传输与反射过程较为复杂，因此，对于多层介质的定量检测较为困难。

对比文件：基于变波速相位迁移多层物体无损检测超声波成像方法(201210046151.1)，该专利采用单个的超声波换能器并结合变波速法以及相位迁移法能够实现多层介质的无损检测成像。但该专利成像系统较为复杂，未能精确表达每层介质的位置及厚度。

发明内容

本发明的目的在于实现多层介质的定量检测，提出一种收发一体超声探头介质分层特性探测系统，实现每层介质具体位置、介质厚度以及内部缺损情况的检测，解决了多层介质定量检测的技术问题。

本发明采用如下技术方案，一种收发一体超声探头介质分层特性探测系统，包括若干超声探头、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，超声探头由电路系统以及超声传感器封装而成，用于依次发射和接收超声信号，电路系统用于控制超声探头发与射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。

优选地，所述超声探头阵列，自上而下信号发生器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。

优选地，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，产生的触发信号为负脉冲信号。