[发明专利]一种数字序列驱动超声传感器的方法及装置

说明书

本发明公开了一种数字序列驱动超声传感器的方法及装置，该方法包括：S1、以FPGA或ARM等数字芯片为核心构成的控制模块产生逻辑电平作为数字序列a(k)；S2、以超声激励芯片为核心组成的超声激励模块产生高能激励信号x_n(t)；S3、高能激励信号激励超声传感器产生激励信号可控的超声波信号y_n(t)。该方法实现装置包括控制模块、超声激励模块以及超声传感器模块。本发明中超声激励信号参数可调，特别适用于需要不同波形激励单个或多个超声传感器的场合。

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，涉及一种数字序列驱动超声传感器的方法及装置。该发明中超声激励信号参数可调，特别适用于需要不同波形激励超声传感器的场合。

背景技术

超声检测是一种重要的无损检测手段，在国内外的发展与应用非常广泛。近年来以电子科学与技术为基础的集成电路快速发展，在此基础上，超声检测系统正向着数字化、集成化、功能化与便携化方向发展。目前的超声信号激励形式可分为脉冲激励形式与编码激励形式，脉冲激励产生方式简单，易于调节，但激励脉冲的幅值就决定了始波的峰值声功率，而发射能量不能无限制的增大，因此往往会造成峰值声功率已经接近超声换能器或被测物体的安全极限而平均声功率仍然较低。平均声功率由脉冲宽度决定，提高平均声功率需要增加脉冲宽度，这会导致距离分辨率的降低。因此传统的单脉冲激励在提高声功率与提高分辨率上存在着一定的矛盾。编码激励形式使用一组连续的编码序列替代单脉冲激励宽带超声换能器，激励持续时间大于单脉冲的脉冲宽度，提高了平均声功率，进行脉冲压缩后可以得到与单脉冲宽度接近但幅值更大的解码脉冲，从而提高信噪比。同时，对于传感器阵列形式的超声检测设备，使用编码激励还可对各个超声换能器进行信源标识，利于解算各种声场参数(宋寿鹏,刘明宇,基于二进制编码的管道缺陷超声检测方法研究[J].压电与声光,2018(6))。

目前市场上的超声传感器激励方式，大部分通过模拟电路或主控芯片激励特定频率与特定功率的检测超声波，存在功能单一、可调节范围小、使用不够灵活等不足，不便于在复杂场合进行多功能超声波激励。

发明内容

针对上述超声激励技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种数字序列驱动超声传感器的方法及装置，产生单路或多路超声激励信号，用于激发单个传感器或传感器阵列，并且每路超声传感器可根据激励需求，分别采用多种脉冲或编码形式激励。本发明特别适用于需要不同波形激励超声传感器的场合，并且超声激励信号参数可调。实现本发明的技术方案如下：

S1、以FPGA或ARM等数字芯片为核心构成的控制模块产生逻辑电平作为数字序列控制信号a(k)；

S2、以超声激励芯片为核心组成的超声激励模块产生高能激励信号x_n(t)；

S3、高能激励信号激励超声传感器产生激励信号可控的超声波信号y_n(t)。

本发明中，所述步骤S1具体为：

通过软件编程使控制模块产生高电平为+3.3V、低电平为0V的逻辑电平作为数字序列控制信号α(k)，控制模块输出的单路数字序列α(k)表达式为：

其中，K为序列的总长度，K的步长由控制模块的时钟信号确定，b_k为由控制模块给出的0或1的逻辑值，A为逻辑电平幅值。数字序列的逻辑顺序b_k可由编程进行改变。

所述步骤S2具体为:

控制模块输出的数字序列个数与超声激励芯片数目由所需激励的超声传感器数目确定，数字序列长度由所需激励的超声信号类型确定；

超声激励模块的供电形式为双极性直流电压供电，电源采用AC-DC模式，可将220V交流电转换为直流可调电压源，直流电压源电压值即为高能激励信号的幅值。

所述步骤S2还包括：