超声探头频响特性数字化检测方法研究与系统实现

发布时间：2017-08-07 19:24

  本文关键词：超声探头频响特性数字化检测方法研究与系统实现

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【摘要】：超声探测作为利用超声波特性的一种无损检测方式,以其高精度、高灵敏度、安全无害的特点被愈来愈广泛地应用。超声探头作为超声探测系统的关键部件,其性能直接影响所处探测系统的准确性与可靠性。作为非线性器件,超声探头仅接收频率位于其通频带内的回波信号或发射信号,因此,如何便捷有效地测得超声探头频响特性,了解换能器的合理工作频段,使其更好地服务于超声探测系统成为重要的研究课题。现有超声探头性能测量方法多为脉冲回波法和水听器法。脉冲回波法不能提供定量分析,测量结果具有不可避免的固有误差;水听器法要求探头有坚固的水密结构,不具有普遍适用性,且设备造价较高。工程实际应用中仍普遍采用对人员技术与经验依赖度较高的人工测量方式。参考电路系统对频响测量的一般方法,本文针对超声探头频响检测需求提出了一个基于实际应用的数字化检测系统设计与实现方案。本文详述了系统硬件架构组成与检测方案的拟定,并在已搭建的系统平台上完成了多种情况下超声探头频响特性的测量。论文主要工作与创新点如下:1)本文提出了在超声应用背景下将复杂硬件设备软件化实现的设计新思路,由此设计并实现了一种基于小规模电路,低功耗,且具有一定精确度与普遍适用性的应用型超声探头数字化检测系统。2)针对本系统设计、实现并验证了基于不同激励信号的数字化检测方法,在仿真平台上对不同设计方法的测量准确度与抗噪声性能进行了模拟,优选确定了本系统最终采用的基于线性调频信号的超声探头检测方法。3)使用上述方案对探头实际检测时,提出了同型号匹配和通频带匹配两种实测电路匹配方法。通过对同型号匹配实验测量验证了本系统具有良好的准确性与稳定性。对无法同型号匹配的单个探头基于通频带匹配方式展开了准确度与适用性检验,探讨了此种匹配测量形式下匹配探头对系统测量结果的影响。通过对本系统的实际测量使用,本文设计的数字化检测系统能够完成超声探头频响特性的快速高效检测,测量方法兼顾多种匹配情况,测量结果准确有效,系统结构简单、低成本、易于操作且适用于多种超声探头,便于推广使用,具有较高的应用价值。
【关键词】：超声探头 数字化 频率响应 匹配测量
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB559
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题背景概述11
• 1.2 课题研究意义11
• 1.3 现阶段国内外发展概况11-12
• 1.4 论文主要工作及结构12-15
• 1.4.1 论文的主要工作12-13
• 1.4.2 论文的基本结构13-15
• 第二章 超声探头特性与数字化频响检测理论15-23
• 2.1 超声与超声的特性15-16
• 2.1.1 超声的定义15
• 2.1.2 超声的特性15-16
• 2.2 超声换能器及其特性16-18
• 2.2.1 超声换能器特性概述16
• 2.2.2 压电超声换能器16-17
• 2.2.3 电容式微加工超声换能器17-18
• 2.2.4 声发射超声换能器18
• 2.3 频率特性及其检测方法18-21
• 2.3.1 频率响应18-19
• 2.3.2 频率响应的数学分析19-20
• 2.3.3 频率响应的主要检测方法20-21
• 2.4 软件无线电思想21
• 2.5 本章小结21-23
• 第三章 数字化检测系统的硬件设计与实现23-31
• 3.1 数字化检测系统原理框图设计23-24
• 3.2 系统数据主控模块设计24-27
• 3.2.1 高速网络传输模块设计24-25
• 3.2.2 数据逻辑控制模块设计25-27
• 3.3 系统数据采集转换模块设计27-30
• 3.3.1 高速数模转换与模数转换模块设计27-28
• 3.3.2 发射放大模块设计28-29
• 3.3.3 前置放大模块设计29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 频响数字化检测方法研究与设计31-59
• 4.1 超声探头检测系统激励信号方法设计31-45
• 4.1.1 基于冲激信号的频率特性分析方法设计31-32
• 4.1.2 基于窄带脉冲信号的频率特性分析方法设计32-35
• 4.1.3 基于白噪声信号的频率特性分析方法设计35-36
• 4.1.4 基于伪随机信号的频率特性分析方法设计36-39
• 4.1.5 基于单频正弦信号的频率特性分析方法设计39-40
• 4.1.6 基于传统正弦扫频信号的频率特性分析方法设计40-42
• 4.1.7 基于数字化线性调频信号的频率特性分析方法设计42-45
• 4.2 数字化检测系统信号方法仿真分析45-53
• 4.2.1 检测系统仿真信道环境45-46
• 4.2.2 基于窄带脉冲信号的仿真信道测试46-48
• 4.2.3 基于伪随机信号的仿真信道测试48-50
• 4.2.4 基于线性调频信号的仿真信道测试50-51
• 4.2.5 信道噪声引入与仿真结果综合分析51-53
• 4.3 超声探头频响特性测算方法与分析53-57
• 4.3.1 仅含发送探头与接收探头的测量电路53-54
• 4.3.2 接入功率放大电路的测量电路54-55
• 4.3.3 接入功率放大电路及前置放大器的测量电路55-57
• 4.3.4 不同测算方法的实测比较分析57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 系统实现与检测实验59-71
• 5.1 实验环境与对象59-63
• 5.1.1 检测系统环境59-60
• 5.1.2 待测超声探头60-63
• 5.2 基于同型号匹配的超声探头频响特性检测63-67
• 5.2.1 谐振频率为 1MHz左右的探头特性检测63-64
• 5.2.2 谐振频率为 400kHz左右的探头特性检测64-66
• 5.2.3 谐振频率为 50kHz左右的探头特性检测66-67
• 5.3 基于通频带匹配的超声探头频响特性检测67-70
• 5.3.1 汕超小型压电探头匹配检测汕超超小型探头67-68
• 5.3.2 汕超直探头匹配检测CMUT68-69
• 5.3.3 汕超小型压电探头的不同探头匹配检测69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 总结与展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 附件78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 段旭朝;;冲激函数及其特性解析[J];电气电子教学学报;2008年04期

2 陈海龙,李宏;基于MATLAB的伪随机序列的产生和分析[J];计算机仿真;2005年05期

3 孙金泉;杨江平;毕红葵;;扫频式频谱分析仪测量雷达发射功率误差分析[J];雷达与对抗;2013年01期

4 余登,钱梦，

本文编号：636317