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产品信息  / News
超声无损检测中如何选择激励信号


   Shaw.Din   TECLAB    shaw@teclab.cn
 摘要:超声作为无损检测中常用的技术已在各行各业中得到广泛的应用。科研工作者也常常自行搭建针对各种应用场景的超声检测平台解决问题。对于激励超声探头的信号也必须根据实际应用情况进行甄别。本文简单介绍各种常用的超声激励信号及其各自的优缺点,便于在搭建各种超声检测平台时能更加明确激励波形的选取。


关键字:方波,脉冲串,线性调频,高斯信号




目前市场上大部分的商用常规和相控阵超声波探伤设备的激励信号均采用负方波和尖脉冲激励信号。而电磁超声和空气耦合超声一般采用脉冲串信号作为激励。在某些特殊的试验中,比如常规超声非线性系数测量则一般采用更复杂的类高斯信号做激励。下面以5MHz为例,先介绍几种超声检测中常用的波形及其频响(连续方波或者正玄波超声检测中不常用,这里不做讨论):   


方波或负方波以及尖脉冲信号频响带宽较宽,但是相对响应幅值较低。



正弦脉冲串信号频率成分相对集中,频响强。主峰两边有随带较多小的频率峰

方波脉冲串信号与正弦脉冲串频响类似,但三倍谐波频响强烈。

高斯脉冲串信号频率成分集中,同时主峰两边的小频率峰得到较好的抑制


线性调频信号因本身含多频率信号频响带宽较宽,同频响幅值高。

  综合来看,产生方波或者负方波以及尖脉冲信号更容易实现,电路相对简单,同时频响带宽较大,在不改变脉宽的情况下,各种频率的探头均能得到不同程度的频率响应;而正弦脉冲串信号频率成分相对集中,频响幅值大,对于电磁超声探头和空气耦合超声探头这种低转化率的传感器,这种特性有助于提高探头的发射信号强度;当然高斯信号不仅能保持正弦脉冲串的优点,同时能很好的抑制频率主峰两边的小峰,所以要求检测是频率成分更加单一的情况下(比如常规超声非线性系数测定),高斯信号激励是一种不错的选择。只是产生高斯型号一般需要特定的设备。而方波脉冲串虽然频响幅值高。但谐波分量也很明显。所以一般的超声设备不采用这种方式进行激励。Chirp线性调频信号自身就是多频率成分信号,其频响带宽较宽,响应幅值也高,在各种超声研究中常常用来提升信噪比和成像精度。只是产品Chirp信号一般需要特定的设备支持。

  除了考虑信号源的激励信号波形外,还需要考虑探头自身的频响。二者共同作用下才是探头传入被测样品的激励信号波形:同样以5MHz中小频率探头举例说明如下:

   从上图可以看出,正弦脉冲串的频响在压电探头频响叠加后得到的激励信号强度高于常规的方波激励。因此空气耦合超声等低效率转换的探头更适合采用脉冲串激励。
   此外,某些特殊的压电材料本身具有谐波抑制的能力,比如:

从该压电晶片的频响来看,其中心频率为3.7MHz,其二倍谐波处7.4 MHz 刚好处于频响低谷。因此这种自带滤波的压电晶片非常适用于非线性系数的测量。可以更好的抑制非材料本身的谐波分量。