[发明专利]一种基于非共线混频技术的空气耦合超声损伤成像系统及其成像方法

权利要求书

1.一种基于非共线混频技术的空气耦合超声损伤成像方法，所述方法基于一种基于非共线混频技术的空气耦合超声损伤成像系统，所述系统包括：超声非线性测试系统、示波器、第一负载、第二负载、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一激励空耦换能器、第二激励空耦换能器、接收空耦换能器、放大器和计算机；

所述超声非线性测试系统连接计算机，所述示波器连接超声非线性测试系统，对波形进行显示，所述超声非线性测试系统设有第一激励端、第二激励端和接收端，所述超声非线性测试系统的第一激励端连接第一负载，所述第一负载连接第一低通滤波器，所述第一低通滤波器连接第一激励空耦换能器；

所述超声非线性测试系统的第二激励端连接第二负载，所述第二负载连接第二低通滤波器，所述第二低通滤波器连接第二激励空耦换能器；

所述第一激励空耦换能器和第二激励空耦换能器发出检测信号至待测件，接收空耦换能器接收检测信号，接收空耦换能器连接放大器，所述超声非线性测试系统的接收端连接放大器，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：对待测件的成像区域进行网格划分，得到每个成像点的位置，确定激励与接收空耦换能器角度，以及中心位置；

步骤2：当激励换能器的角度确定后，确定入射声波的夹角，利用两列非共线声波入射进待测件中，通过对待测件的成像区域进行网格划分，得到每个成像点的位置，确定激励与接收空耦换能器的角度和中心位置；

所述步骤2具体为：

在非共线混频检测中，超声非线性系统产生两个相同周期，频率分别f₁和f₂的正弦激励信号，两激励信号分别经过50欧姆负载进行阻抗匹配，并经过低通滤波器后，分别施加在两个激励空耦换能器上；

利用两列非共线声波入射进待测件中，当两列波满足谐振条件时，会产生第三列声波；

通过对待测件的成像区域进行网格划分，得到每个成像点的位置，确定激励与接收空耦换能器的角度和中心位置，通过控制基频脉冲波的发射时间，使两列入射声波在成像点处相遇；

步骤3：控制基频脉冲波的发射时间，使两列入射声波在成像点处相遇；第三列声波由接收空耦换能器接收，经过放大器传输至超声非线性系统的接收通道；

步骤4：通过对待测件不同位置进行非共线混频检测获得混频波，对混频波分析得到该位置的非共线混频非线性系数，从而得到该成像点的灰度值；对待测件成像区域的每个成像点进行赋值从而实现待测件微损伤成像。

2.根据权利要求1所述的一种基于非共线混频技术的空气耦合超声损伤成像方法，其特征是：所述步骤1具体为：

步骤1.1：通过对待测件的成像区域进行网格划分，得到每个成像点的位置，设成像点的坐标为(x_p,z_p)，两激励空耦换能器的中心位置固定，分别为(x₁,z₀)和(x₂,z₀)；

根据Snell定律确定两激励空耦换能器入射声波在待测件的入射点，分别为(x_r1,d/2)和(x_r2,d/2)：

其中，c₁和c₂分别为空气和待测件中的声速大小；

步骤1.2：确定两激励空耦换能器的角度分别为α₁和α₂，通过下式表示：

两列横波相互作用时，产生混频波满足如下条件：

其中，表示两列入射波k₁和k₂之间的夹角，γ表示入射波k₁和混频波k₃之间的夹角，α表示两列入射波的频率之比ω₁/ω₂，c表示横波与纵波的波速之比c_t/c_l；

步骤1.3：当两激励换能器的角度确定后，两列入射声波的夹角也随之确定，根据混频波的传播方向φ；根据Snell定律确定混频波在待测件的出射点，(x_r3,d/2)以及接收空耦换能器的中心位置，(x₃,z₀)，通过下式表示：

确定接收空耦换能器的角度α₃通过下式表示：