[发明专利]一种超声检测方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，具体地说，本发明涉及一种基于信号匹配技术的超声检测方法和系统。这里的信号匹配技术是指与检测系统性能(如高灵敏度或高分辨率)或检测目的(如特定类型的缺陷或介质)相匹配的发射信号的计算和应用。

背景技术

超声检测是以超声作为信息载体，在不损坏被检对象的情况下，检测其内部的缺陷或目标，测量其物理和力学性能，分析其组织结构进行媒质质量评价的无损检测方法。在工业上，有超声无损检测、超声岩体检测和超声工业测量等；就广义而言，在医学上则有超声诊断。

超声检测的过程是一个信号转换传输的过程：先由输入的电信号激励换能器后产生检测超声信号，声波在介质中传播，与介质和缺陷相互作用，最后携带着介质信息和缺陷信息的超声信号被换能器接收转换为检测电信号输出，进而进行进一步的分析和处理，实现各种检测目的。用于检测的超声信号是实现超声各种检测的技术关键。检测超声信号，主要由换能器和激励源决定。在换能器和激励源一定的情况下，用于检测的超声信号是固定不变的。长期以来，超声检测工作都是由一个固定电信号激励换能器，通过分析换能器接收到的检测信号特征来实现。提高超声检测性能的方法也多数集中在两个方面：一是改进检测信号的信号处理方法；二是改善换能器性能，主要是通过改善换能器的结构和材料得以实现。但是两者调整信号的范围都很有限，难以满足一些特定系统性能和检测目的要求。如在薄层高分辨率检测中，为提高分辨率需要宽带窄脉冲或尽量高频脉冲信号，由于很窄的检测脉冲通常很难得到，而高频信号又影响声波穿透深度，造成极大的检测困难。再如，检测高衰减的厚介质材料往往需要很宽的脉冲串，提高穿透力，但此时会大大降低检测的分辨率。在现有技术中，由于检测信号质量不高，很大程度上限制了超声检测的应用领域。在雷达和水声中常常使用线性调频脉冲或编码脉冲作脉冲压缩探测，而超声检测中由于信号激励方式和换能器频域工作特征的限制，很难得到这种检测信号，致使一些先进的信号处理方法得不到应用等等。

事实上，用来激励超声换能器的电信号对换能器产生的声脉冲以及检测信号都有很大影响。1956年E.G.Cook在弱耦合换能器响应的研究中给出几种不同激励电信号获得了不同的声信号[1]。1975年T.G.Winter以喇叭向一空气管中发声为研究系统，通过控制激励电信号得到了两个不同宽度的Ricker波和两个不同宽度的Gauss波[2]。1982年H.Ermert和J.Chmolke等人为获得短脉冲输出，研究了利用与检测目标匹配的合成信号进行目标识别[3]。

但是，上述研究都没有得到很好的延续，也没有应用到实际检测中。原因有二：一是信号设计计算基于频域相除，在处理过程中丢失了很多有用信息，造成结果不佳。如用补零法处理分母不能为零的情况，或者用汉明窗函数代替分子为无限带宽的理想δ函数的情况，都必然给处理结果带来很多偏差。二是当时的设备主要还是靠硬件实现，其激励波形受到限制，远不及现在数字化的设备灵活便利。

发明内容

本发明的目的是，从激励信号入手，基于信号匹配技术，提供一种能够产生特定检测信号的超声检测方法和系统。

为实现上述发明目的，本发明提供的基于信号匹配技术的超声检测方法，包括如下步骤：

1)基于超声检测信号匹配合成方法(这里的匹配是指与系统性能相匹配或与检测目的相匹配)，设定期望的检测信号波形；

2)根据所设定的检测信号波形计算出电激励信号，利用该电激励信号激励超声换能器生成需要的检测超声信号并向待测目标发射该检测超声信号；

3)利用超声换能器接收具有步骤1)所设定波形的携带目标信息的检测信号。

上述技术方案中，所述步骤1)中，所述检测信号波形设定为窄脉冲波形(一般用于需要提高检测纵向分辨率的场合)。

上述技术方案中，所述步骤1)中，所述检测信号波形设定为与检测目的匹配的波形(一般用于目标识别以及完成复杂情况下的超声检测)。

上述技术方案中，所述步骤1)中，所述检测信号波形设定为调频或编码信号波形(一般用于大衰减厚工件的超声检测)。

上述技术方案中，所述步骤2)中，计算所述电激励信号的方法包括如下子步骤：

21)获取超声检测系统的时域冲击响应h(n)；