本發(fā)明涉及的是一種工業(yè)無損檢測和水下目標(biāo)探測方法。具體是一種基于頻率控制的超聲回旋偏轉(zhuǎn)生成方法。

背景技術(shù)：

無損檢測，是以不損害被檢測對象的適應(yīng)性能為前提，應(yīng)用各種物理原理和化學(xué)現(xiàn)象，對各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)體進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和測試。借以評價他們的連續(xù)性、完整性、安全可靠性等。常規(guī)的五大無損檢測方法主要有射線檢測、超聲檢測、滲透檢測、磁粉檢測、渦流檢測。

超聲檢測是工業(yè)上無損檢測的重要方法之一，當(dāng)超聲波換能器發(fā)射超聲波進(jìn)入被檢測物體時，超聲波根據(jù)指向性原理沿特定的方向傳播，當(dāng)超聲波在傳播方向上遇到材料的彈性模量和密度不同的區(qū)域，其聲阻抗就不同，超聲波就會發(fā)生反射，利用超聲回波信號顯示在屏幕上的位置，就能根據(jù)材料中的聲速判斷出超聲波發(fā)生反射的位置，判斷被檢測內(nèi)部是否存在缺陷及其大致位置，如裂紋、氣孔、夾雜等。具有檢測成本低，設(shè)備輕便，檢測和定位的精度都比較高的特點(diǎn)，在提高質(zhì)量、降低消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面有重要的作用。

在水下目標(biāo)探測和水下通信領(lǐng)域，由于光與電磁波在海水中的傳播衰減很大，無法用在中等以上距離的信息傳遞，水聲是當(dāng)前唯一可選擇的有效信息載體。

而現(xiàn)有基于超聲波的水下目標(biāo)探測和工業(yè)無損檢測等理論方法均集中建立在直線傳播的波束基礎(chǔ)上，申請?zhí)枮?01310087409.7的專利文件中公開的“一種基于真延時的寬帶相控陣波束形成方法”中，合成的也是直線波束，直線傳播的波束合成方便，信號處理也方便，但是難以適應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)體缺陷點(diǎn)檢測等的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種回旋偏轉(zhuǎn)波束具有很大的探測范圍的基于頻率控制的超聲回旋偏轉(zhuǎn)生成方法。

步驟一：頻率控制

根據(jù)回旋波束的曲率變化，對電激勵信號進(jìn)行線性升頻處理，形成波束指向控制發(fā)射頻率；

步驟二：延遲時間計(jì)算步驟

根據(jù)陣元間與回旋波束的聲程差，計(jì)算各陣元的超聲波發(fā)射延遲時間，滿足超聲波相干時頻率需相同的條件，然后對延遲時間進(jìn)行存儲，控制電激勵脈沖信號發(fā)射。

步驟二具體包括：以1號陣元為參考陣元，1號陣元與C點(diǎn)的距離為2號陣元與C點(diǎn)的距離為第i號陣元與C點(diǎn)的距離為其中i＝1···n，則i陣元的延遲時間為正值表示提前參考陣元發(fā)射，負(fù)值表示延遲參考陣元發(fā)射，其中d表示陣元間距，v表示超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，需要生成的回旋波上任一點(diǎn)C(x,y,z)。

本發(fā)明的方法生成的超聲回旋波可以應(yīng)用于水下目標(biāo)探測以及通信中如圖3所示，用于解決發(fā)射源隱身問題；還如圖2所示，應(yīng)用于工業(yè)無損檢測中，解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)體中隱蔽性缺陷的檢測問題。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明提出的一種基于頻率控制的超聲回旋偏轉(zhuǎn)生成方法，回旋偏轉(zhuǎn)波束具有很大的探測范圍，可以有效的解決由于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體造成的隱蔽性缺陷的檢測，同時可以彌補(bǔ)超聲相控陣近場檢測能力不足的問題。

(2)本發(fā)明提出的一種基于頻率控制的超聲回旋偏轉(zhuǎn)生成方法，回旋偏轉(zhuǎn)波束能夠誘偏探測器通過發(fā)射源發(fā)射的波束對發(fā)射源的反探測，可以有效的解決在水下目標(biāo)探測中發(fā)射源隱身問題，保障探測設(shè)備的安全性。

附圖說明

圖1為兩陣元干涉合成超聲回旋波束效果圖。兩陣元發(fā)射的脈沖波束的頻率逐漸升高。

圖2為工業(yè)無損檢測在復(fù)雜結(jié)構(gòu)體中對缺陷點(diǎn)檢測示意圖。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)體中，隱蔽性缺陷由于位置的隱蔽會造成檢測的困難，回旋波束可以比直線波束探測更大的范圍。

圖3為水下目標(biāo)探測中發(fā)射源隱身示意圖。回旋波束可以誘偏對方探測器對發(fā)射源的探測定位，實(shí)現(xiàn)發(fā)射源的隱身。

圖4為兩陣元發(fā)射同頻率脈沖的延遲時間計(jì)算示意圖。兩個陣元的聲程差為(s-l)。

圖5為n陣元線陣延遲時間說明示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。

根據(jù)惠更斯-菲涅爾原理，行進(jìn)中的波陣面上任一點(diǎn)都可看作是新的次波源，而從波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的許多次波所形成的包絡(luò)面，就是原波面在一定時間內(nèi)所傳播的新波面。如圖1所示，當(dāng)兩個陣元按照一定的頻率規(guī)則發(fā)射超聲脈沖，行進(jìn)中的波就會發(fā)生干涉形成新的包絡(luò)面，實(shí)現(xiàn)超聲的回旋偏轉(zhuǎn)生成。

步驟一：進(jìn)行頻率控制。根據(jù)回旋波束的曲率變化，對電激勵信號進(jìn)行線性升頻處理，根據(jù)需要形成的波束指向控制發(fā)射頻率。

步驟二：計(jì)算延遲時間。根據(jù)各陣元與回旋波束的聲程差，計(jì)算各陣元的超聲波發(fā)射延遲時間，滿足超聲波發(fā)生穩(wěn)定的相干疊加時需頻率相同的條件。具體規(guī)則：如圖5所示，以1號陣元為參考陣元，1號陣元與C點(diǎn)的距離為2號陣元與C點(diǎn)的距離為第i(其中i＝1···n)號陣元與C點(diǎn)的距離為(其中i＝1···n)，則i(其中i＝1···n)陣元的延遲時間為(其中i＝1···n)，正值表示提前參考陣元發(fā)射，負(fù)值表示延時參考陣元發(fā)射。其中d表示陣元間距，v表示超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，需要生成的回旋波上任一點(diǎn)C(x,y,z)。