CN106443680B - 一种基于频率控制的超声回旋偏转生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种基于频率控制的超声回旋偏转生成方法。步骤一：频率控制。根据回旋波束的曲率变化，对电激励信号进行线性升频处理，形成波束指向控制发射频率；步骤二：延迟时间计算步骤。根据阵元间与回旋波束的声程差，计算各阵元的超声波发射延迟时间，满足超声波相干时频率需相同的条件，然后对延迟时间进行存储，控制电激励脉冲信号发射。本发明根据所需要的回旋波束要求，对阵元激励脉冲进行线性升频处理，对阵元发射时间进行延时控制，发射的超声波在空间中发生干涉形成合成波阵面，实现超声波的回旋偏转。克服了基于超声波的水下目标探测、无损检测领域的理论方法主要集中在直线传播的波束上无法满足探测和检测要求的问题。

Description

一种基于频率控制的超声回旋偏转生成方法

技术领域

本发明涉及的是一种工业无损检测和水下目标探测方法。具体是一种基于频率控制的超声回旋偏转生成方法。

背景技术

无损检测，是以不损害被检测对象的适应性能为前提，应用各种物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构体进行有效的检验和测试。借以评价他们的连续性、完整性、安全可靠性等。常规的五大无损检测方法主要有射线检测、超声检测、渗透检测、磁粉检测、涡流检测。

超声检测是工业上无损检测的重要方法之一，当超声波换能器发射超声波进入被检测物体时，超声波根据指向性原理沿特定的方向传播，当超声波在传播方向上遇到材料的弹性模量和密度不同的区域，其声阻抗就不同，超声波就会发生反射，利用超声回波信号显示在屏幕上的位置，就能根据材料中的声速判断出超声波发生反射的位置，判断被检测内部是否存在缺陷及其大致位置，如裂纹、气孔、夹杂等。具有检测成本低，设备轻便，检测和定位的精度都比较高的特点，在提高质量、降低消耗、提高经济效益等方面有重要的作用。

在水下目标探测和水下通信领域，由于光与电磁波在海水中的传播衰减很大，无法用在中等以上距离的信息传递，水声是当前唯一可选择的有效信息载体。

而现有基于超声波的水下目标探测和工业无损检测等理论方法均集中建立在直线传播的波束基础上，申请号为201310087409.7的专利文件中公开的“一种基于真延时的宽带相控阵波束形成方法”中，合成的也是直线波束，直线传播的波束合成方便，信号处理也方便，但是难以适应复杂结构体缺陷点检测等的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种回旋偏转波束具有很大的探测范围的基于频率控制的超声回旋偏转生成方法。

步骤一：频率控制

根据回旋波束的曲率变化，对电激励信号进行线性升频处理，形成波束指向控制发射频率；

步骤二：延迟时间计算步骤

根据阵元间与回旋波束的声程差，计算各阵元的超声波发射延迟时间，满足超声波相干时频率需相同的条件，然后对延迟时间进行存储，控制电激励脉冲信号发射。

步骤二具体包括：以1号阵元为参考阵元，1号阵元与C点的距离为2号阵元与C点的距离为第i号阵元与C点的距离为其中i＝1···n，则i阵元的延迟时间为正值表示提前参考阵元发射，负值表示延迟参考阵元发射，其中d表示阵元间距，v表示超声波在介质中的传播速度，需要生成的回旋波上任一点C(x,y,z)。

本发明的方法生成的超声回旋波可以应用于水下目标探测以及通信中如图3所示，用于解决发射源隐身问题；还如图2所示，应用于工业无损检测中，解决复杂结构体中隐蔽性缺陷的检测问题。

本发明的优点在于：

(1)本发明提出的一种基于频率控制的超声回旋偏转生成方法，回旋偏转波束具有很大的探测范围，可以有效的解决由于复杂结构体造成的隐蔽性缺陷的检测，同时可以弥补超声相控阵近场检测能力不足的问题。

(2)本发明提出的一种基于频率控制的超声回旋偏转生成方法，回旋偏转波束能够诱偏探测器通过发射源发射的波束对发射源的反探测，可以有效的解决在水下目标探测中发射源隐身问题，保障探测设备的安全性。

附图说明

图1为两阵元干涉合成超声回旋波束效果图。两阵元发射的脉冲波束的频率逐渐升高。

图2为工业无损检测在复杂结构体中对缺陷点检测示意图。在复杂结构体中，隐蔽性缺陷由于位置的隐蔽会造成检测的困难，回旋波束可以比直线波束探测更大的范围。

图3为水下目标探测中发射源隐身示意图。回旋波束可以诱偏对方探测器对发射源的探测定位，实现发射源的隐身。

图4为两阵元发射同频率脉冲的延迟时间计算示意图。两个阵元的声程差为(s-l)。

图5为n阵元线阵延迟时间说明示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

根据惠更斯-菲涅尔原理，行进中的波阵面上任一点都可看作是新的次波源，而从波阵面上各点发出的许多次波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传播的新波面。如图1所示，当两个阵元按照一定的频率规则发射超声脉冲，行进中的波就会发生干涉形成新的包络面，实现超声的回旋偏转生成。

步骤一：进行频率控制。根据回旋波束的曲率变化，对电激励信号进行线性升频处理，根据需要形成的波束指向控制发射频率。

步骤二：计算延迟时间。根据各阵元与回旋波束的声程差，计算各阵元的超声波发射延迟时间，满足超声波发生稳定的相干叠加时需频率相同的条件。具体规则：如图5所示，以1号阵元为参考阵元，1号阵元与C点的距离为2号阵元与C点的距离为第i(其中i＝1···n)号阵元与C点的距离为(其中i＝1···n)，则i(其中i＝1···n)阵元的延迟时间为(其中i＝1···n)，正值表示提前参考阵元发射，负值表示延时参考阵元发射。其中d表示阵元间距，v表示超声波在介质中的传播速度，需要生成的回旋波上任一点C(x,y,z)。

Claims (1)

1.一种基于频率控制的超声回旋偏转生成方法，其特征是：

步骤一：频率控制

根据回旋波束的曲率变化，对电激励信号进行线性升频处理，形成波束指向控制发射频率；

步骤二：延迟时间计算步骤

根据阵元间与回旋波束的声程差，计算各阵元的超声波发射延迟时间，满足超声波发生稳定的相干叠加时需频率相同的条件，然后对延迟时间进行存储，控制电激励脉冲信号发射；

步骤二具体包括：以1号阵元为参考阵元，1号阵元与C点的距离为2号阵元与C点的距离为第i号阵元与C点的距离为其中i＝1···n，则i阵元的延迟时间为正值表示提前参考阵元发射，负值表示延迟参考阵元发射，其中d表示阵元间距，v表示超声波在介质中的传播速度，需要生成的回旋波上任一点C(x,y,z)。