[发明专利]一种基于宽带调频及接收补偿的超声波测厚方法及装置

权利要求书

1.一种基于宽带调频及接收补偿的超声波测厚方法，其特征在于包括以下具体步骤：

（1）利用线性调频的调制方式构造间歇式宽带线性调频超声波信号，具体是：发射的超声波信号的频率随着时间的变化呈线性增长,调频斜率根据超声换能器物理特性进行设置，调频信号重复发送，两段调频信号之间设置间歇时间；

（2）位于阵列式超声波探头组件中央的超声换能器将这种间歇式宽带线性调频超声波信号转化成声信号发送至被探测工件内部；

（3）位于阵列式超声波探头组件四周的超声波换能器接收到从被探测工件返回的声信号，并转化成电信号；

（4）根据回波信号参数分析反演调频超声信号在工件中的传播时间，即是将发射信号在时间上延拓得到参考信号，将参考信号与从被测工件内部反射回来的超声波信号进行相关得到相干信号，相干信号的低频部分是一个频率稳定的单频信号，这个单频信号反应的是发射信号与接收信号在同一时刻的频率差，再利用线性调频信号频率差和时间差之间的线性关系即能求解超声信号在工件中的传播时间；

（5）对超声波在被测工件内传播的路径进行接收补偿，进而求得被测工件的厚度，由超声波信号的传播时间和预置的声速，求得超声波波束在工件内部传播的实际单程距离，另外发射换能器与接收换能器之间的距离是确定值，利用勾股定理，即能求出被测工件的厚度；

（6）对布置在外围的每个超声换能器接收的信号同时进行步骤（4）、（5）而得到多个工件厚度的测量值，对所有的测量值进行加权平均得到高精度的厚度测量值。

2.实现权利要求1所述的超声波测厚方法的装置，其特征在于包括手持式控制及显示器和阵列式超声波探头组件，所述手持式控制及显示器包括电源、显示器、输入控制单元、微控制器、A/D和D/A转化器及外部接口；微处理器分别与A/D和D/A转换器、输入控制单元、显示器、网络接口、打印机接口、故障诊断接口及电源连接，对输入控制单元及A/D转换器输入的数字信号进行计算，并向D/A转换器和显示器输出数字信号，且当存在外部设备与外部接口连接时，实现与外部设备的数据交换；A/D和D/A转换器与微处理器及超声波探头连接，D/A转换器将微处理器输出的数字信号转化成模拟电信号通过超声波探头接口发送到超声波换能器，A/D转换器将由超声波换能器产生并经超声波探头接口输入的模拟电信号转化成数字信号发送到微处理器，A/D和D/A转换器实现模拟与数字信号之间的转换；输入控制单元与微处理连接，将输入触发信号传化成数字信号输入微处理器，实现人机交互功能；显示器与微处理器连接，显示测厚装置的输入状态和测量结果。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述阵列式超声波探头组件由若干能够激励宽带线性调频超声波的超声波换能器组成，其结构是其中一个超声波换能器布置在中央，其余超声波换能器布置在四周，所有的超声波换能器布置在同一平面内，且布置在四周的每一个超声波换能器与布置在中央的超声波换能器距离保持一致，且布置在四周的超声波换能器在2个以上。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述外部接口包括超声波换能器接口、网络接口、打印机接口、故障诊断接口中的一种以上，其中网络接口、打印机接口和故障诊断接口直接和微处理器连接，实现测厚装置的功能拓展和故障诊断。