[发明专利]基于虚拟仪器的合成孔径聚焦超声成像检测系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声成像无损检测系统及其方法，具体地说，涉及一种基于虚拟仪器的合成孔径聚焦超声成像检测系统及其方法。

背景技术

混凝土超声无损成像探测技术有助于评估新旧建筑物的稳定性和整体性，能够对新旧建筑物整体或部分做质量状态监视，能够用来估计建筑材料和结构的性质及性能，并能对其内部含水量、缺陷和损伤进行测量和定位，还能够用来确定建筑材料和结构内部的预应力元件的位置，以避免在对建筑材料钻孔时发生意外的损伤。

随着混凝土的大规模使用，对新浇铸混凝土结构的强度、内部缺陷、裂缝等特征检测的需要越来越迫切，国内外对检测设备的开发极为关注，如日本Ritec公司开发了iTecs系统，美国Olson公司开发了冲击回波仪，这些仪器都是通过单点测量，回波间接推算，需要专业人员的判读，无法直观地显示混凝土结构内部的特征，且效率低。在公开号为CN1521503A，发明名称“全数字相控阵超声波无损检测系统及方法”的中国专利中，公开了一种全数字相控阵超声波无损检测系统，其操作对象为金属结构，探测效率不高，且其结构比较庞大，搬移较困难。在申请号为CN200610009691，发明名称为“超声相控阵检测仪器”的中国专利中公开了一种超声相控阵检测仪器，其采集的数据需要在控制器中处理后，然后经高速数据传输模块传到个人计算机进行成像，其系统复杂，数据处理过程繁琐，不适合工程应用，且其并非针对混凝土结构。

总之，现有的检测设备主要存在着下列不足之处：1)结构复杂，结构庞大；2)操作复杂，数据处理繁琐；3)探测效率不高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种基于虚拟仪器的合成孔径聚焦超声成像检测系统。

本发明的基于虚拟仪器的合成孔径聚焦超声成像检测系统，包括虚拟仪器系统、12路换能器阵列、可以控制24路换能器阵列的换能器阵列控制器和UPS不间断电源，所说的虚拟仪器系统包括高压脉冲发生器、信号放大器、高速信号采集器和配有Labview软件程序的微型工控机，均带有PXI接口，微型工控机带有触摸屏，高压脉冲发生器、信号放大器和高速信号采集器集成在微型工控机内，所说的微型工控机的串行通信口与换能器阵列控制器通过屏蔽电缆连接，保证通信的可靠性，所说的换能器阵列控制器与换能器阵列采用SMA接口的屏蔽同轴线电缆连接，这种接口体积小，耐压高，传输信号的频率高，衰减小，便于高压高频脉冲的准确传输，所说的高压脉冲发生器和高速信号采集器与换能器阵列控制器采用BNC接口的高频低衰减的同轴线连接，保证发射信号与采集信号不失真传输。

优选地，

所说的换能器阵列控制器中的CPU为ARM单片机，继电器为耐500V高压高频单刀双路继电器。

所说的换能器阵列采用聚丙烯硬塑料夹固换能器，夹层设有弹簧，底层设有聚胺脂弹性材料，缓冲声波震动，减小相邻通道间的耦合。

本发明的基于虚拟仪器的合成孔径聚焦超声成像检测方法，包括下列步骤：

1)将换能器阵列置于待测结构表面；

2)打开高压脉冲发生器；

3)操作微型工控机，运行Labview软件程序，进入人机界面；

4)调节信号放大器，设置采集参数；

5)选择“手动采集”或“自动采集”，选择“粗检”或“细检”；

6)开始采集：微型工控机通过串口与换能器阵列控制器通信并对其发送指令，通过其完成对换能器阵列的控制，换能器阵列按指令切换自动对待测结构进行扫描检测，扫描完毕后保存采集数据；

7)选择“是”或“否”结束采集，选择“否”，继续回到上一步继续进行数据采集；

8)选择“是”，结束采集，进行数据处理和超声成像，保存图像。

本发明中检测系统中，工控机为控制主机，用Labview软件建立人机界面并实现信号的采集、处理、成像，通过串口与换能器阵列控制器的ARM单片机通信来控制阵列换能器，通过控制换能器阵列控制器中继电器来控制高压脉冲通道和信号采集通道的通断，从而决定换能器阵列中换能器是处于发射信号还是接收信号状态。

高压脉冲发生器带有两通道输出信号，一通道为400V双指数波信号，一通道为同步5V双指数波信号，高压信号通过换能器阵列控制器激励换能器阵列，低压信号接高速采集器件的触发通道作为触发信号。

信号放大器具有四路通道，具有程控可调功能，即可以通过软件调节其增益，其增益范围为2～70倍，对于不同混凝土结构其回波信号各有不同，对微弱信号可以调大其增益，对强信号可以调小其增益。