專利名稱：一種界面波的檢測裝置及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種界面波的檢測裝置及檢測方法，屬于超聲檢測及分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
彈性波在介質(zhì)中的傳播及其與材料微缺陷的相互作用規(guī)律在超聲無損檢測及材料無損評價等領(lǐng)域有著非常重要的價值，隨著聲學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，界面波被廣泛應(yīng)用于材料無損檢測及材料結(jié)構(gòu)特性反演領(lǐng)域。因此，界面波的檢測是超聲檢測領(lǐng)域研究的熱點
之一 O目前，常用的界面波檢測方法有以下幾種(I)直接利用超快短脈沖激光束法向入射雙層介質(zhì)分界面，通過電子激活位移激 發(fā)沿膜基界面?zhèn)鞑サ慕缑娌āＨ绨l(fā)明專利——ー種微尺度界面波激發(fā)方法及裝置(申請?zhí)?2112787. 5)。(2)在兩介質(zhì)層分界面固體側(cè)的一端鉆ー小洞，洞的大小和深度應(yīng)滿足剛好使發(fā)射超聲波信號的發(fā)射換能器放在洞中且換能器的最高點剛好與分界面在ー個平面上，在固體側(cè)的其他地方用接受換能器界面波信號。(3)將發(fā)射超聲波信號的發(fā)射換能器垂直懸掛在分界面固體側(cè)的上方，使換能器發(fā)射超聲波的表面與分界面平行，然后在固體側(cè)的其他地方檢測界面波信號。上述各種方法都在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)對特定情況下的界面波進行檢測的目的，但是受檢測條件的限制，存在檢測精度不高，檢測設(shè)備昂貴等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種檢測精度高的檢測界面波的裝置及檢測方法，本發(fā)明的方法有利于減小雜波干擾，提高檢測精度，檢測到比較純凈的界面波信號；本發(fā)明的檢測裝置功耗低、體積小，數(shù)據(jù)處理能力強，成本低。為達到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為ー種界面波的檢測裝置，包含將制作成窄帶的呈長方體狀的壓電陶瓷片換能器作為信號發(fā)射和接收模塊；將所述的信號發(fā)射和接收模塊用AB膠固定在分界面固體側(cè)的兩端，且在固定時使壓電陶瓷片換能器垂直干與分界面相鄰的兩個側(cè)面，然后在固定好的信號發(fā)射模塊和信號接收模塊的周圍涂ー層環(huán)氧樹脂；與所述的信號發(fā)射模塊相連并激勵信號發(fā)射模塊的激勵信號模塊；信號采集模塊對信號接收模塊的信號進行采集傳輸?shù)接嬎銠C終端進行數(shù)據(jù)處理和波形顯示。所述的信號發(fā)射模塊和信號接收模塊都采用壓電陶瓷片換能器，將壓電陶瓷片制作成3mmX8mmX30mm的長方體狀,將發(fā)射換能器和接收換能器陣列固定在分界面固體側(cè)的兩端，固定方式優(yōu)選用AB膠固定，且在固定的過程中使換能器垂直干與界面相鄰的兩個側(cè)面，然后將環(huán)氧樹脂涂在發(fā)射換能器和接收換能器的表面，防止能量輻射和導(dǎo)電。所述的激勵信號模塊包含以方波信號發(fā)生器為核心的信號發(fā)生模塊和以高頻功率放大器為核心的功率放大模塊組成，能夠產(chǎn)生脈沖寬度和頻率可變的方波脈沖信號。與所述方波信號產(chǎn)生模塊相連的是功率放大模塊，功率放大模塊對方波信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的方波脈沖信號進行功率放大。所述的信號采集模塊包含集成運算放大器、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA高速控制模塊和計算機終端。其中，高速A/D轉(zhuǎn)換模塊直接通過有線的方式采集來自運算放大器的信號，將模擬信號數(shù)字化；FPGA高速控制模塊通過IO端ロ控制高速A/D轉(zhuǎn)換模塊并將高速A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換生成的數(shù)據(jù)儲存至計算機終端的SRAM (Static Random Access Memory,即靜態(tài)存儲器)中；FPGA高速控制模塊通過RS232串ロ將SRAM中的數(shù)據(jù)讀出并傳輸至計算機中；計算機終端的上位機直接讀取數(shù)據(jù)并繪圖。所述的數(shù)據(jù)處理和顯示都由計算機終端完成，這樣能夠提高數(shù)據(jù)處理的能力和速度，減小檢測裝置的功耗和體積。ー種基于權(quán)利要求I所述的界面波的檢測方法，其特征是，包含以下步驟
(I)將固體切成30mm厚規(guī)則的長方體狀薄片；(2)將壓電陶瓷片制作成3mmX8mmX30mm的窄帶長方體狀作為發(fā)射換能器和接受換能器，并分別設(shè)置于信號發(fā)射模塊和信號接收模塊內(nèi)；(3)將發(fā)射換能器和接受換能器陣列固定在分界面固體側(cè)的兩端，且在固定的過程中使換能器垂直干與界面相鄰的兩個側(cè)面。(4)在固定好的換能器周圍涂ー層環(huán)氧樹脂使其緊緊包圍換能器，防止導(dǎo)電和減小能量輻射。(5)調(diào)整激勵信號模塊輸出方波信號的脈沖寬度，使激勵信號的脈沖寬度為壓電陶瓷片換能器額定頻率的1/2，使檢測信號的幅度變化達到最大值；(6)由所述的激勵信號模塊激勵信號發(fā)射模塊產(chǎn)生界面波信號；(7)所述的信號接收模塊接收所述的信號發(fā)射模塊發(fā)射的界面波信號；(8)通過上位機軟件控制信號采集模塊對信號接收模塊接收到的信號進行采集，然后由計算機終端對采集到的信號進行處理并通過計算機終端的顯示器顯示出來。本發(fā)明所達到的有益效果本發(fā)明提供了ー種界面波的檢測裝置及檢測方法，根據(jù)超聲波的產(chǎn)生機理來設(shè)計發(fā)射換能器和接收換能器的形狀以及檢測時發(fā)射換能器和接收換能器的安裝方法，信號處理和顯示由計算機終端完成。本發(fā)明提供的界面波的檢測方法能夠用于流一固、氣ー固界面波的檢測，有利于提聞界面波的檢測精度，減小雜波干擾，提聞數(shù)據(jù)處通能力和速度，減小檢測裝置的功耗和減低成本。本發(fā)明能夠通過上位機控制界面波檢測裝置，操作簡單安全，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。


圖I是本發(fā)明的界面波的檢測裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明實施方式的換能器處于圖I所示狀態(tài)時的安裝方法主視圖。圖3本發(fā)明實施方式的換能器處于圖I所示狀態(tài)時的安裝方法俯視圖。圖4是本發(fā)明界面波的檢測裝置的數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)圖。圖2和圖3中，01為發(fā)射換能器；02、03為接收換能器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步說明。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。如圖I所示，本發(fā)明的ー種界面波的檢測裝置包括激勵信號模塊I ;信號發(fā)射接收模塊2 ;信號采集模塊3 ;信號處理顯示模塊4。為了提高檢測精度，檢測用的信號發(fā)射接收模塊2的發(fā)射換能器和接收換能器選用比較薄的壓電陶瓷片換能器，且制作成3mmX 8mmX 30mm的長方體形狀,然后將發(fā)射換能器和接收換能器陣列用AB膠固定在分界面固體側(cè)的兩端，且在固定的過程中使換能器垂直干與界面相鄰的兩個側(cè)面，最后在固定好的換能器周圍涂ー層環(huán)氧樹脂使其緊緊包圍換能器，防止導(dǎo)電和減小能量輻射。激勵信號模塊I包含以方波信號發(fā)生器為核心的信號發(fā)生模塊和以高頻功率放大器為核心的功率放大模塊組成，能夠產(chǎn)生脈沖寬度和頻率可變的方波脈沖信號。調(diào)節(jié)激勵信號模塊I使輸出方波信號的脈沖寬度為發(fā)射壓電陶瓷片換能器額定頻率的1/2。
信號采集模塊3包含集成運算放大器、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA高速控制模塊和計算機終端。通過計算機終端的上位機控制信號采集模塊采集界面波信號，并將采集數(shù)據(jù)保存到計算機的SRAM中。信號處理顯示模塊4對采集到的數(shù)據(jù)進行處理然后將處理結(jié)果通過計算機顯示器顯示出來。利用計算機進行數(shù)據(jù)處理能夠提高數(shù)據(jù)處理速度和處理能力，降低檢測裝置功耗。本發(fā)明的界面波的檢測方法，具體實施方法如下(I)將固體切成30mm厚規(guī)則的長方體狀薄片；(2)將壓電陶瓷薄片制作成3mmX8mmX30mm的窄帶長方體作為發(fā)射換能器和接受換能器，并分別設(shè)置于信號發(fā)射模塊和信號接收模塊內(nèi)；(3)將發(fā)射換能器和接受換能器陣列用AB膠固定在分界面固體側(cè)的兩端，且在固定的過程中使換能器垂直干與界面相鄰的兩個側(cè)面。(4)在固定好的換能器周圍涂ー層環(huán)氧樹脂使其緊緊包圍換能器，防止導(dǎo)電和減小能量輻射。(5)調(diào)整激勵信號模塊輸出方波信號的脈沖寬度，使激勵信號的脈沖寬度為壓電陶瓷片換能器額定頻率的1/2，使檢測信號的幅度變化達到最大值；(6)由所述的激勵信號模塊激勵信號發(fā)射模塊產(chǎn)生界面波信號；(7)所述的信號接受模塊接收所述的信號發(fā)射模塊發(fā)射的界面波信號；(8)通過上位機軟件控制信號采集模塊對信號接收模塊接收到的信號進行采集，然后由計算機終端對采集到的信號進行處理并通過計算機終端的顯示器顯示出來。本發(fā)明的換能器形狀及安裝方法，如圖2和圖3所示。圖中01為發(fā)射換能器，02、03為接收換能器陣列，發(fā)射和接收換能器采用3_X8_X30_的窄帶長方體狀壓電陶瓷片換能器；然后用AB膠將發(fā)射和接收換能器固定在分界面固體側(cè)的兩端，且在固定的過程中使換能器垂直干與界面相鄰的兩個側(cè)面，這樣就只產(chǎn)生沿圖中實線方向傳播的界面波，不會產(chǎn)生沿圖中虛線方向傳播的波，有利于減小雜波干擾，提高界面波的檢測精度；最后在固定好的換能器周圍涂ー層環(huán)氧樹脂，起防止導(dǎo)電和減小能量輻射的作用。
如圖4所示，本發(fā)明的信號采集模塊包含集成運算放大器、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA高速控制模塊和計算機終端。超聲信號頻率一般都比較高，實際應(yīng)用中為了能恢復(fù)超聲信號波形，對超聲信號的采樣率要求大于超聲信號頻率的3 4倍，因此本發(fā)明的信號采集模塊采用高速A/D轉(zhuǎn)換模塊和FPGA高速控制模塊。由于接收到的超聲信號非常微弱，需先將超聲信號通過運算放大后傳輸至高速A /D，經(jīng)A/D模塊進行數(shù)字化處理后，在高速FPGA的時序控制下將數(shù)據(jù)存儲在計算機終端的SRAM中，同時將數(shù)據(jù)傳輸給上位機。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種界面波的檢測裝置，其特征是，包括 一產(chǎn)生方波脈沖信號的激勵信號模塊； 一與所述激勵信號模塊相連的信號發(fā)射模塊，信號發(fā)射接收模塊固定設(shè)置于分界面固體側(cè)的兩端； 一信號采集模塊，采集所述信號接收模塊的信號； 一信號處理顯示模塊，對所述信號采集模塊傳輸?shù)男盘栠M行處理和波形顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的界面波的檢測裝置，其特征是，所述信號發(fā)射接收模塊包括信號發(fā)射模塊和信號接收模塊，所述信號發(fā)射模塊和信號接收模塊固定設(shè)置于所述分界面固體側(cè)的兩端且垂直于與分界面相鄰的兩個側(cè)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的界面波的檢測裝置，其特征是，所述信號發(fā)射模塊和信號接收模塊包括壓電陶瓷片換能器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的界面波的檢測裝置，其特征是，所述壓電陶瓷片換能器為3mm X 8mm X 30mm的長方體形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的界面波的檢測裝置，其特征是，在所述壓電陶瓷片換能器的周圍涂有一層環(huán)氧樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的界面波的檢測裝置，其特征是，所述激勵信號模塊包括以信號發(fā)生器為核心的方波脈沖信號產(chǎn)生模塊和以高頻功率放大器為核心的功率放大模塊，所述方波脈沖信號產(chǎn)生模塊與所述功率放大模塊相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的界面波的檢測裝置，其特征是，所述信號采集模塊包含集成運算放大器、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA高速控制模塊和計算機終端，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與集成運算放大器連接，所述FPGA高速控制模塊通過IO端口與高速A/D轉(zhuǎn)換模塊連接并通過RS232串口與計算機終端連接。
8.一種界面波的檢測方法，其特征是，包含以下步驟 (1)將固體切成30mm厚規(guī)則的長方體狀薄片； (2)將壓電陶瓷片換能器制作成3mmX8mmX30mm的窄帶長方體狀作為發(fā)射換能器和接受換能器，并分別設(shè)置于信號發(fā)射模塊和信號接收模塊內(nèi)； (3)將發(fā)射換能器和接受換能器陣列固定在分界面固體側(cè)的兩端，且在固定的過程中使換能器垂直于與界面相鄰的兩個側(cè)面； (4)在固定好的換能器周圍涂一層環(huán)氧樹脂使其緊緊包圍換能器； (5)調(diào)整激勵信號模塊輸出方波信號的脈沖寬度，使激勵信號的脈沖寬度為壓電陶瓷片換能器額定頻率的1/2，使檢測信號的幅度變化達到最大值； (6)由所述的激勵信號模塊激勵信號發(fā)射模塊產(chǎn)生界面波信號； (7)所述的信號接收模塊接收所述的信號發(fā)射模塊發(fā)射的界面波信號； (8)通過上位機軟件控制信號采集模塊對信號接收模塊接收到的信號進行采集，然后由計算機終端對采集到的信號進行處理并通過計算機終端的顯示器顯示出來。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種界面波的檢測裝置及檢測方法，屬于超聲檢測及分析技術(shù)領(lǐng)域。將壓電陶瓷薄片制作成窄帶的長方體狀作為信號發(fā)射接受模塊，將信號發(fā)射接受模塊固定在分界面固體側(cè)的兩端，然后用環(huán)氧樹脂將其包裹起來，使用環(huán)氧樹脂可以起到絕緣和減小能量輻射的作用。由激勵信號模塊產(chǎn)生所需要的方波脈沖信號激勵信號發(fā)射模塊產(chǎn)生界面波，界面波沿界面?zhèn)鞑?，?jīng)超聲信號接收模塊接受，然后由采集模塊將采集到的波形數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C終端進行數(shù)據(jù)處理和顯示。本發(fā)明的方法只產(chǎn)生沿界面向前傳播的界面波，有利于減小干擾、提高檢測精度。
文檔編號G01N29/04GK102680576SQ201210172888
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者單鳴雷, 朱昌平, 李響, 湯一彬, 羅強龍, 葛蕤, 謝祖鋒, 韓慶邦, 高遠(yuǎn) 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)