本發(fā)明屬于裂隙檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于檢測深層結(jié)構(gòu)裂隙的超聲測量系統(tǒng)及檢測方法。

背景技術(shù)：

材料內(nèi)部微缺陷的評估是現(xiàn)代制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，例如金屬內(nèi)部疲勞裂紋、焊接缺陷控制、3d打印質(zhì)量在線監(jiān)測、多層復(fù)合材料脫粘評估等等，均與材料內(nèi)部的微裂隙密切有關(guān)。因此，對材料微裂隙的定量檢測對于材料和產(chǎn)品質(zhì)量的控制具有重要的工程價值。

超聲檢測手段是最重要的無損檢測手段之一，超聲波具有穿透深度大、分辨率高等特點，可以提供被檢測樣品多維度、不同深度、不同尺度的結(jié)構(gòu)和功能特性；此外，微裂隙中的包裹雜質(zhì)或者空腔，與周圍材料的聲阻抗特性失配嚴(yán)重，容易引起強烈的聲散射和反射，因此，超聲檢測手段對于微裂隙的檢測上在靈敏度上具有先天優(yōu)勢；最后，超聲檢測相對于利用x射線、γ射線等進行的放射探傷相比，具有非常好的生物安全性，因此，超聲檢測手段不僅僅有利于對于檢測操作人員健康的保護，而且在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)超聲方法對微裂隙進行檢測和成像時，其空間分辨率取決于超聲測量系統(tǒng)所發(fā)射的超聲波的頻率和帶寬。為了定量地測量微裂隙尺寸，必須采用高頻、寬帶超聲系統(tǒng)。例如，為了獲得50μm的空間分辨率，超聲測量系統(tǒng)的工作頻率至少要在50mhz以上，這么高頻率的超聲波只能穿透非常短的材料，比如，在生物軟組織中的穿透深度僅有3mm；如果將工作頻率降到3.5mhz，雖然穿透深度提高了，但是空間分辨率降低到只有200μm左右。因此，傳統(tǒng)的超聲檢測系統(tǒng)，其分辨率和穿透深度之間總是互相沖突的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，是提供了一種用于檢測深層結(jié)構(gòu)裂隙的超聲測量系統(tǒng)及檢測方法，該方法通過計算微裂隙超聲回波信號的功率譜，并提取頻譜斜率參量作為成像參量。由于頻譜斜率參量提取于超聲信號的低頻頻段，這個頻域所對應(yīng)的波長大于微裂隙尺寸，且低頻信號能在材料傳播較長距離，從而實現(xiàn)了對材料深層微裂隙的定量評估。并且，通過引入一個校準(zhǔn)過程，可以使得此方法和實驗系統(tǒng)本身的響應(yīng)無關(guān)。

本文發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

第一方面，提供了一種用于檢測深層結(jié)構(gòu)裂隙的超聲測量系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲測量系統(tǒng)包括超聲換能器、信號放大器、采集卡、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和計算模塊，其中：

所述計算模塊與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述信號放大器相連；

所述計算模塊還與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述采集卡相連，所述采集卡與所述信號放大器相連；

所述信號放大器與所述超聲換能器相連。

可選的，所述超聲換能器為用于發(fā)射超聲波和接收超聲波的超聲波收發(fā)器。

可選的，該超聲測量系統(tǒng)安置于顯微鏡內(nèi)，或者，該超聲測量系統(tǒng)為顯微鏡。

第二方面提供了一種用于深層結(jié)構(gòu)裂隙的檢測方法，所述方法應(yīng)用于第一方面所述的超聲測量系統(tǒng)中，所述方法包括：

利用所述超聲測量系統(tǒng)的超聲換能器向超聲波全反射界面發(fā)射第一超聲脈沖，獲取所述第一超聲脈沖反射回的第一聲波信號，計算所述第一聲波信號的功率譜，得到第一功率譜；

利用所述顯微鏡的超聲換能器向被測物體的微裂隙上發(fā)射第二超聲脈沖，獲取所述第二超聲脈沖反射回的第二聲波信號，計算所述第二聲波信號的功率譜，得到第二功率譜；

將所述第一功率譜除以所述第二功率譜，得到校準(zhǔn)后的功率譜；

在預(yù)定低頻頻段內(nèi)對所述校準(zhǔn)后的功率譜做線性擬合，得到線性擬合對應(yīng)的斜率值；

根據(jù)預(yù)先計算得到的斜率值與微裂隙的直徑之間的對應(yīng)關(guān)系，獲取所述線性擬合對應(yīng)的斜率值所對應(yīng)的直徑。

可選的，所述方法還包括：

獲取校準(zhǔn)后的超聲回波功率譜函數(shù)，所述超聲回波功率譜函數(shù)僅與微裂隙的直徑參數(shù)相關(guān)；

將所述超聲回波功率譜函數(shù)換算成對數(shù)坐標(biāo)，在預(yù)定帶寬范圍內(nèi)，對進行過對數(shù)坐標(biāo)換算的超聲回波功率譜函數(shù)進行線性擬合，得到線性擬合后對應(yīng)的斜率函數(shù)，將所述斜率函數(shù)記為功率譜斜率函數(shù)，所述功率譜斜率函數(shù)中直徑參數(shù)為自變量，功率譜斜率為因變量；

根據(jù)所述功率譜函數(shù)，計算各個直徑所對應(yīng)的功率譜斜率，得到各個直徑與功率譜斜率之間的對應(yīng)關(guān)系。

可選的，所述獲取超聲回波功率譜函數(shù)，包括：

將超聲測量系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)、超聲回波信號函數(shù)以及超聲波反射系數(shù)函數(shù)進行卷積運算，得到超聲回波信號函數(shù)；對所述超聲回波信號函數(shù)進行傅里葉變換，得到頻域的超聲信號函數(shù)；

對所述超聲信號函數(shù)求共軛，得到超聲回波信號的功率譜函數(shù)；

計算校準(zhǔn)信號的功率譜函數(shù)；

將所述超聲回波信號的功率譜函數(shù)除以所述校準(zhǔn)信號的功率譜函數(shù)，得到校準(zhǔn)后的超聲回波功率譜函數(shù)。

可選的，所述計算校準(zhǔn)信號的功率譜函數(shù)，包括：

將超聲測量系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)、超聲回波信號函數(shù)以及狄拉克函數(shù)進行卷積運算，得到校準(zhǔn)信號的超聲回波信號函數(shù)，所述狄拉克函數(shù)的自變量包含用于指示全反射面與超聲測量系統(tǒng)的超聲換能器之間的距離參數(shù)；

對所述校準(zhǔn)信號的超聲回波信號函數(shù)進行傅里葉變換后求共軛，得到校準(zhǔn)信號的功率譜函數(shù)。

可選的，在所述計算各個直徑所對應(yīng)的功率譜斜率，得到各個直徑與功率譜斜率之間的對應(yīng)關(guān)系之后，所述方法還包括：

存儲各個直徑與功率譜斜率之間的對應(yīng)關(guān)系。

本發(fā)明與傳統(tǒng)的超聲顯微成像技術(shù)以及其它的無損檢測技術(shù)相比，優(yōu)勢在于：

第一，相比于傳統(tǒng)的超聲回波幅度參數(shù)，校準(zhǔn)后的超聲回波信號的頻譜參數(shù)具有設(shè)備無關(guān)性的優(yōu)點。從校準(zhǔn)后的超聲回波信號中提取出的頻譜斜率僅與微裂隙的超聲反射系數(shù)函數(shù)有關(guān)，而與超聲測量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)、增益等系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)，因此，采用頻譜斜率作為成像參量，頻譜參量值能夠定量地反映微裂隙的特征尺度。

第二，傳統(tǒng)的基于超聲回波強度的超聲檢測技術(shù)，要得到較高的分辨率則需要提高系統(tǒng)的頻率和帶寬，但是高頻超聲波衰減大、穿透深度淺，所以限制了傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)對于微裂隙的成像深度。而本發(fā)明利用對超聲回波信號的頻域處理，得到低頻頻段內(nèi)頻域斜率和微裂隙特征尺度之間的定量關(guān)系，可以達(dá)到在低頻頻帶內(nèi)對亞波長尺寸的微裂隙定量測量的目的，同時也是提高了檢測深度。

第三，本發(fā)明具有非侵入性、無電離輻射、安全便宜的特點。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1是本發(fā)明一個實施例中提供的用于檢測深層結(jié)構(gòu)裂隙的超聲測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例中提供的用于深層結(jié)構(gòu)裂隙的檢測方法的流程圖；

圖3a是本發(fā)明一個實施例中提供的對圓柱形微裂隙進行測試時的示意圖；

圖3b是本發(fā)明一個實施例中提供的功率譜的函數(shù)圖；

圖3c是本發(fā)明一個實施例中提供的微裂隙直徑與功率譜斜率的對應(yīng)關(guān)系示意圖；

圖4a是本發(fā)明另一個實施例中提供的功率譜的函數(shù)圖；

圖4b是本發(fā)明另一個實施例中提供的微裂隙直徑與功率譜斜率的對應(yīng)關(guān)系示意圖；

圖5是本發(fā)明一個實施例中利用超聲測量系統(tǒng)對不同尺寸圓柱形裂隙分布的區(qū)分的示意圖。

具體實施方式

這里將詳細(xì)地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

請參見圖1所示，其是本發(fā)明一個實施例中提供的用于檢測深層結(jié)構(gòu)裂隙的超聲測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該超聲測量系統(tǒng)包括超聲換能器110、信號放大器120、采集卡130、數(shù)模轉(zhuǎn)換器140、模數(shù)轉(zhuǎn)換器150和計算模塊160。

計算模塊160與數(shù)模轉(zhuǎn)換器140的輸入端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器140的輸出端與信號放大器120相連；計算模塊160還與模數(shù)轉(zhuǎn)換器150的輸出端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器150的輸入端與采集卡130相連，采集卡130與信號放大器120相連；信號放大器120與超聲換能器110相連。

在實際應(yīng)用中，計算模塊160向數(shù)模轉(zhuǎn)換器140輸出數(shù)字信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換器140將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為超聲脈沖，并將超聲脈沖發(fā)送給信號放大器120，信號放大器120對超聲脈沖進行放大。信號放大器120將放大后的超聲脈沖發(fā)送給超聲換能器110，超聲換能器110發(fā)射該超聲脈沖。

超聲換能器110接收反射回來的超聲脈沖，將接收到的超聲脈沖發(fā)送給信號放大器120，采集卡130對信號放大器120接收到的超聲脈沖進行采集，將采集得到的超聲脈沖發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器150，模數(shù)轉(zhuǎn)換器150將接收到的超聲脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將得到的數(shù)字信號發(fā)送至計算模塊160。

可選的，超聲換能器110的發(fā)射脈沖的方向可調(diào)。

一般來講，超聲換能器110可以為用于發(fā)射超聲波和接收超聲波的超聲波收發(fā)器。

本發(fā)明各實施例中的超聲測量系統(tǒng)可以安置于顯微鏡內(nèi)，作為顯微鏡的一部分，也可以為顯微鏡。

在實際應(yīng)用中，效率值與微裂隙的直徑存在一一對應(yīng)關(guān)系，理論計算方式如下：

s1、獲取校準(zhǔn)后的超聲回波功率譜函數(shù)，超聲回波功率譜函數(shù)僅與微裂隙的直徑參數(shù)相關(guān)；

在獲取校準(zhǔn)后的超聲回波功率譜函數(shù)時，通常包括如下步驟：

第一，將超聲測量系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)、發(fā)射的超聲脈沖以及超聲波反射系數(shù)函數(shù)進行卷積運算，得到超聲回波信號函數(shù)；

假設(shè)超聲測量系統(tǒng)向被檢測材料發(fā)射超聲脈沖p0(t)，由于被檢測材料內(nèi)的微裂隙中含有與周圍材料不同的雜質(zhì)，具有與周圍材料不同的聲阻抗，因此會形成超聲反射，反射回的超聲回波為p(t)，超聲回波強度正比于微裂隙的超聲波反射系數(shù)a(z)。對于圓柱形或片狀的微裂隙，超聲波反射系數(shù)可以寫成微裂隙直徑d的函數(shù)，即超聲波反射系數(shù)函數(shù)為：

a(z；d)＝a0,||z||≤d/2；a(z；d)＝0,||z||＞d/2(1)

其中，a0為超聲波反射系數(shù)，z為超聲換能器的聲軸方向。因此，超聲回波信號函數(shù)p(t)可以寫為：

其中代表卷積，h(t)是超聲測量系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)，p0(t)為發(fā)射的超聲脈沖，c是材料中的聲速。

第二，對該超聲回波信號函數(shù)進行傅里葉變換，得到頻域的超聲信號函數(shù)；

對公式(2)作傅里葉變換，可以得到頻域的超聲信號表達(dá)式：

p(f)＝h(f)p0(f)φ(f；d)(3)

其中，h(f)和ф(f；d)分別是h(t)和a(ct/2；d)的傅里葉變換。

第三，對該超聲信號函數(shù)求共軛，得到超聲回波信號的功率譜函數(shù)；

超聲回波信號功率譜s(f)為：

其中星號上標(biāo)*表示共軛復(fù)數(shù)。

第四，計算校準(zhǔn)信號的功率譜函數(shù)；

在計算校準(zhǔn)信號的功率譜函數(shù)時，首先將超聲測量系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)信號的超聲脈沖以及狄拉克函數(shù)進行卷積運算，得到校準(zhǔn)信號的超聲回波信號函數(shù)，所述狄拉克函數(shù)的自變量包含用于指示全反射面與超聲測量系統(tǒng)的超聲換能器之間的距離參數(shù)；然后對所述校準(zhǔn)信號的超聲回波信號函數(shù)進行傅里葉變換后求共軛，得到校準(zhǔn)信號的功率譜函數(shù)。

由于測得的功率譜s(f)不僅與微裂隙聲反射系數(shù)函數(shù)有關(guān)，還依賴于發(fā)聲信號功率譜特性p0(f)和超聲測量系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性h(f)。所以，為了消去它們的影響，可以引入一個校準(zhǔn)過程。假設(shè)同一超聲測量系統(tǒng)，垂直于一個超聲全反射界面發(fā)射超聲脈沖p0(t)，來自于該超聲反射界面的超聲回波信號記做pc(t)，該信號用作校準(zhǔn)信號。采用同樣方法，可以寫出的校準(zhǔn)信號為：

其中δ(t)是狄拉克函數(shù)，z0是全反射界面距離超聲換能器的距離。對公式(5)作傅里葉變換，可以得到其功率譜表達(dá)式sc(f)表達(dá)式：

第五，將該超聲回波信號的功率譜函數(shù)除以該校準(zhǔn)信號的功率譜函數(shù)，得到校準(zhǔn)后的超聲回波功率譜函數(shù)。

因此，用被檢測材料的超聲回波功率譜s(f)除以校準(zhǔn)信號的功率sc(f)，可消去h(f)和p0(f)的影響，即：

s(f)＝s(f)/sc(f)＝φ(f；d)φ^*(f；d)(7)

校準(zhǔn)后的超聲回波信號功率譜僅和微裂隙的特征尺度d(直徑、厚度)有一一對應(yīng)的關(guān)系，而與測量系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性和發(fā)射超聲信號頻譜特性等無關(guān)。根據(jù)公式(1)至公式(7)，可以理論求解出給定微裂隙特征尺度d所對應(yīng)的校準(zhǔn)后的超聲回波功率譜，記做s(f)。

s2、將超聲回波功率譜函數(shù)換算成對數(shù)坐標(biāo)，在預(yù)定帶寬范圍內(nèi)，對進行過對數(shù)坐標(biāo)換算的超聲回波功率譜函數(shù)進行線性擬合，得到線性擬合后對應(yīng)的斜率函數(shù)，將所述斜率函數(shù)記為功率譜斜率函數(shù)，所述功率譜斜率函數(shù)中直徑參數(shù)為自變量，功率譜斜率為因變量；

超聲回波功率譜函數(shù)s(f)換算成對數(shù)坐標(biāo)，即sdb(f)＝10log10(s(f))。在超聲測量系統(tǒng)的帶寬范圍內(nèi)，對進行過對數(shù)坐標(biāo)換算的超聲回波功率譜函數(shù)sdb(f)做線性擬合。令l(f)＝kf+a0是關(guān)于頻率f的線性函數(shù)，采用最小二乘法選著最優(yōu)化的k和a0，使得sdb(f)與l(f)誤差的模最小，

||s(f)-l(f)||→min；

從而可以得到該頻率范圍內(nèi)，實驗測量信號的功率譜斜率k。

s3、根據(jù)所述功率譜函數(shù)，計算各個直徑所對應(yīng)的功率譜斜率，得到各個直徑與功率譜斜率之間的對應(yīng)關(guān)系。

為了能夠讓超聲測量系統(tǒng)可以直接應(yīng)用各個直徑與功率譜斜率之間的對應(yīng)關(guān)系，可以將計算得到的各個直徑與功率譜斜率之間的對應(yīng)關(guān)系預(yù)先存儲至超聲測量系統(tǒng)內(nèi)。顯然，在實際應(yīng)用中，還可以將各個直徑與功率譜斜率之間的對應(yīng)關(guān)系預(yù)先存儲在其他設(shè)備或云端服務(wù)器上，待超聲測量系統(tǒng)需要使用時，根據(jù)計算得到的功率譜斜率至存儲上述對應(yīng)關(guān)系的設(shè)備或云端服務(wù)器查詢對應(yīng)的直徑值。

圖2是本發(fā)明一個實施例中提供的用于深層結(jié)構(gòu)裂隙的檢測方法的流程圖，該檢測方法應(yīng)用于圖1所示的超聲測量系統(tǒng)中，該檢測方法包括：

步驟201，利用超聲測量系統(tǒng)的超聲換能器向超聲波全反射界面發(fā)射第一超聲脈沖，獲取第一超聲脈沖反射回的第一聲波信號，計算第一聲波信號的功率譜，得到第一功率譜；

步驟202，利用超聲測量系統(tǒng)的超聲換能器向被測物體的微裂隙上發(fā)射第二超聲脈沖，獲取第二超聲脈沖反射回的第二聲波信號，計算第二聲波信號的功率譜，得到第二功率譜；

為了保證檢測的準(zhǔn)確度，步驟201和步驟202使用的是同一個超聲測量系統(tǒng)，且發(fā)射的第一超聲脈沖和第二超聲脈沖的頻率和相位相同，比如均為超聲脈沖p0(t)。

在實際應(yīng)用中，將第一超聲脈沖p0(t)進行傅里葉變換，得到第一聲波信號p(t)的功率譜s(f)，類似的，將第一超聲脈沖p0(t)進行傅里葉變換，得到第二聲波信號pc(t)的功率譜sc(f)。

步驟203，將第一功率譜除以第二功率譜，得到校準(zhǔn)后的功率譜；

將來自材料樣品的超聲回波功率譜s(f)除以校準(zhǔn)信號功率譜sc(f)，得到校準(zhǔn)后的超聲回波功率譜s(f)＝s(f)/sc(f)。

根據(jù)公式(7)，該校準(zhǔn)后的功率譜僅與材料樣品中微裂隙的超聲回波函數(shù)有關(guān)。

步驟204，在預(yù)定低頻頻段內(nèi)對校準(zhǔn)后的功率譜做線性擬合，得到線性擬合對應(yīng)的斜率值；

將測量得到的校準(zhǔn)后的功率譜函數(shù)s(f)換算成對數(shù)坐標(biāo)，即sdb(f)＝10log10(s(f))。在超聲測量系統(tǒng)的帶寬范圍內(nèi)，對功率譜函數(shù)sdb(f)做線性擬合。令l(f)＝kf+a0是關(guān)于頻率f的線性函數(shù)，采用最小二乘法選著最優(yōu)化的k和a0，使得sdb(f)與l(f)誤差的模最小，

||s(f)-l(f)||→min；

從而可以得到該頻率范圍內(nèi)，實驗測量信號的功率譜斜率k。

步驟205，根據(jù)預(yù)先計算得到的斜率值與微裂隙的直徑之間的對應(yīng)關(guān)系，獲取線性擬合對應(yīng)的斜率值所對應(yīng)的直徑。

在實際應(yīng)用中，被測物體的微裂隙可能是不均勻的，即有的位置的直徑大，有的位置的直徑小，為了能夠確定微裂隙直徑的分布，可以對每個需要測試的位置執(zhí)行上述步驟201至步驟205的過程，分別得到各個位置的直徑，將這些直徑以及位置對應(yīng)排布，就會得到被測物體的微裂隙的直徑分布。

以圓柱形微裂隙為例，利用超聲換能器110向該微裂隙的待測位置發(fā)射超聲脈沖，待測位置的微裂隙直徑為d，如圖3a所示。根據(jù)公式(1-7)，理論計算出校準(zhǔn)后的裂隙的功率譜(以db為單位)。如圖3b所示，為100μm圓柱形裂縫的功率譜的理論值。在0.5～8mhz頻段內(nèi)作線性擬合，可以得到擬合直線的斜率值，進一步的，可以算出直徑從40μm到210μm范圍內(nèi)對應(yīng)的理論斜率值，如圖3c。

如圖4a和圖4b所示，利用超聲換能器發(fā)射一束超聲脈沖到微裂隙上，聲波在微裂隙上產(chǎn)生散射和反射，并同時接收反射和散射回的聲波信號。

利用同一系統(tǒng)，使用超聲換能器垂直于一個超聲全反射界面發(fā)聲超聲脈沖，并接收反射回的聲波，以此作為校準(zhǔn)信號。

通過數(shù)學(xué)處理軟件，分別計算微裂隙反射回的聲波的功率譜以及校準(zhǔn)信號的功率譜(db為單位)。將微裂隙的反射聲波的功率譜減去校準(zhǔn)信號的功率譜，可以得到校準(zhǔn)后的功率譜。在某一特定低頻頻段內(nèi)對功率譜做線性擬合，可以得到一個斜率值。

已經(jīng)得到斜率的實驗值之后，可以根據(jù)理論上算得的斜率值和直徑的一一對應(yīng)關(guān)系，估算得實驗中的微裂隙的直徑。

實例1：利用金屬絲模仿裂隙，金屬絲直徑分別為60μm、100μm、150μm、200μm，它們分別埋于瓊脂做成4個樣品中，深度約為2cm。利用中心頻率為4.39mhz、-6db帶寬為4.4mhz的超聲換能器，發(fā)射一束超聲脈沖，超聲脈沖在金屬絲上產(chǎn)生反射和散射，回波信號又被換能器接收。利用同一系統(tǒng)，對一足夠大金屬平面發(fā)射一束超聲脈沖，并接收回波信號。圖4a給出了校準(zhǔn)后的150μm直徑金屬絲回波信號的功率譜，在0.5～8mhz頻段內(nèi)作線性擬合，可以得到擬合直線的斜率值。小圖為對應(yīng)的時域信號。圖4b給出了所有4種尺寸的金屬絲的實驗斜率值，與理論值相比，兩者符合地很好。與換能器的中心頻率4.39mhz對應(yīng)的342μm相比，說明本發(fā)明可以對材料深處的微裂隙進行定量檢測。

實例2：取總長度均約為20cm的直徑分別為60μm和150μm金屬絲，并將它們剪成每段長度約為1cm的段，然后將這些金屬絲小段隨機地埋在瓊脂某一平面內(nèi)，深度約為2cm。金屬絲所占有的面積約為2×2cm2，其中，左半邊為60μm的金屬絲，右半邊為150μm金屬絲。利用中心頻率為4.39mhz、-6db帶寬為4.4mhz的超聲換能器，發(fā)射一束超聲脈沖，超聲脈沖在金屬絲上產(chǎn)生反射和散射，回波信號又被換能器接收。將樣品水平放在步進電機平臺上，分別在x方向和y方向上以1mm的步長移動2cm，將金屬絲所在區(qū)域著點檢測一遍，共檢測400個點。分別作出每個檢測位置測到的回波信號的校準(zhǔn)后的功率譜，并在0.5～8mhz頻段內(nèi)作線性擬合，可以得到每個探測位置對應(yīng)的斜率值。以這個斜率值作為成像參數(shù)，得到圖5。根據(jù)圖5，可以很簡單地區(qū)分兩種尺寸的圓柱形裂隙。計算整個成像區(qū)域內(nèi)兩部分的平均斜率值，分別為-2.34±0.89db/mhz和-4.39±0.59db/mhz，根據(jù)圖3c的理論值，我們可以估計出兩部分的直徑約為54.6μm和185.2μm，這和實際值60μm、150μm相當(dāng)接近。與換能器的中心頻率4.39mhz對應(yīng)的342μm相比，本發(fā)明可以對材料深處的微裂隙進行定量檢測。

綜上所述，本發(fā)明提出的超聲測量方法，相比于傳統(tǒng)的超聲回波幅度參數(shù)，校準(zhǔn)后的超聲回波信號的頻譜參數(shù)具有設(shè)備無關(guān)性的優(yōu)點。另外，利用對超聲回波信號的頻域處理，得到低頻頻段內(nèi)頻域斜率和微裂隙特征尺度之間的定量關(guān)系，可以達(dá)到在低頻頻帶內(nèi)對亞波長尺寸的微裂隙定量測量的目的，同時也是提高了檢測深度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里發(fā)明的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未發(fā)明的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。