[发明专利]一种非接触式超声声压检测装置与方法

权利要求书

1.一种非接触式超声声压检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

信号发生器用于产生超声激励信号，功率放大器用于将激励信号放大，来驱动超声探头，超声探头在水槽中产生超声声场；

He-Ne激光器、鲍威尔棱镜、长焦凸透镜组、水槽、高速相机位于同一水平线上，激光经过鲍威尔棱镜后产生一束强度均匀、发散的线激光；

线激光经过长焦凸透镜组形成一束平行的线激光，光束宽度要大于超声探头产生的声场宽度，线激光通过水槽会被超声声场形成的超声光栅衍射，衍射光斑由高速相机接收；超声探头固定在旋转位移平台上沿z轴方向平移。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式超声声压检测装置，其特征在于，所述旋转位移平台自带有夹具，

所述夹具用于将超声探头固定在旋转位移平台上，并调整超声探头使发出的声波与激光垂直。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式超声声压检测装置，其特征在于，所述水槽中盛有蒸馏水，水槽底部放有吸声材料。

4.根据权利要求1所述的一种非接触式超声声压检测装置，其特征在于，所述He-Ne激光器、长焦凸透镜组、鲍威尔棱镜、高速相机的位移准确度高于±0.02mm，角度的准确度高于±1’。

5.一种非接触式超声声压检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

1)调节高速相机的位置，使线激光与正一级和负一级衍射光斑均位于高速相机的视场范围内；

2)对衍射光斑图样进行滤波处理；

即选定一个窗口范围，将窗口内的各个像素点的灰度值按照从大到小进行排序，使用序列的中位数作为整个取值窗口的灰度值，遍历整个图像，直至完成滤波；

3)对滤波后的图像进行边缘检测，识别数字图像中亮度变化明显的点；

4)一级衍射光强度与入射光强度之比满足第一类1阶贝塞尔函数，对于同一个检测点，将正一级衍射光和负一级衍射光的计算结果取平均值，即可作为该检测点出声场的声压值。

6.根据权利要求5所述的一种非接触式超声声压检测方法，其特征在于，所述对滤波后的图像进行边缘检测，识别数字图像中亮度变化明显的点具体为：

T为前景与背景的分割阈值，前景点数占图像比例为w₀，平均灰度为u₀；背景点数占图像比例为w₁，平均灰度为u₁，图像的总平均灰度为u，前景和背景图象的方差g，则有：

u＝w₀×u₀+w₁×u₁

g＝w₀×(u₀-u)²+w₁×(u₁-u)²

联立以上两式可得：

g=w01-w0×(u0-u)2]]>

当方差g最大时，灰度T是最佳阈值。

7.根据权利要求5所述的一种非接触式超声声压检测方法，其特征在于，在步骤1)之前，所述检测方法还包括：

调节长焦凸透镜组的距离，将线激光调节平行，并使线激光宽度大于超声声束宽度；

根据超声探头中心频率，设置信号发生器的激发脉冲信号频率，激发脉冲幅度；调节功率放大器增益，使其输出电压在超声探头的工作电压范围内；

打开信号发生器与功率放大器，水槽中产生稳定的超声声场。