專利名稱：超聲波相控陣聚焦仿真平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿真平臺(tái)，更具體地說(shuō)，它涉及一種超聲波相控陣聚焦仿真平臺(tái)。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)研究和生產(chǎn)“超聲波相控陣探傷設(shè)備”中，沒(méi)有該項(xiàng)“超聲波相控陣聚焦仿真平臺(tái)”的技術(shù)，也沒(méi)有使用國(guó)外的相關(guān)技術(shù)來(lái)進(jìn)行相關(guān)工作。由于沒(méi)有該項(xiàng)技術(shù)，所以有關(guān)超聲波相控陣聚焦的數(shù)學(xué)物理狀態(tài)無(wú)從了解和作出判斷，而只能感性地進(jìn)行模糊猜測(cè)，因此在理論研究或設(shè)備的研制方面，缺乏理性的和精確數(shù)據(jù)的引導(dǎo)，影響了該領(lǐng)域技術(shù)工作深入進(jìn)行。
中國(guó)專利《大口徑管道環(huán)焊縫相控陣超聲波自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)》(申請(qǐng)?zhí)?1131937.2公開(kāi)號(hào)為CN 14125)，公開(kāi)了一種大口徑管道環(huán)焊縫相控陣超聲波自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，它包括主控部分、專用管道爬行器部分、超聲波晶片陣列探頭部分、上位機(jī)智能圖形處理部分、電纜部分、專用裝備車，超聲波晶片陣列探頭部分安裝于專用管道爬行器部分上，主控部分、上位機(jī)智能圖形處理部分安放在專用裝備車內(nèi)，用裝備車內(nèi)的主控部分、上位機(jī)智能圖形處理部分通過(guò)電纜部分與專用管道爬行器部分連接。
在以上專利的研制和使用過(guò)程中感到不足之處是對(duì)于不同聚焦的相位和時(shí)間控制的數(shù)學(xué)模型無(wú)法進(jìn)行比較；聚焦點(diǎn)及其附近聲壓的分布情況，晶體諧振頻率、阻尼大小、晶體陣的范圍選用，及這些參數(shù)對(duì)聚焦點(diǎn)形狀的影響；設(shè)備制作中，延時(shí)精度、多路放大的不均勻性等對(duì)聚焦準(zhǔn)確是否敏感都無(wú)法解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過(guò)在仿真平臺(tái)上輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合晶體陣與其他硬件電路，計(jì)算各晶體延時(shí)時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，并在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行聚焦點(diǎn)聲壓陣列的數(shù)值計(jì)算后顯示三維的數(shù)據(jù)畫(huà)面，確定設(shè)備的最佳方案，并且可以對(duì)各種不同的聚焦數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比較，選取最佳的數(shù)學(xué)模型的超聲波相控陣聚焦仿真平臺(tái)。
本發(fā)明它包括數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)計(jì)算，其特征在于，整個(gè)方法由以下幾個(gè)步驟組成第一步建立仿真平臺(tái)模塊結(jié)構(gòu)第二步建立聚焦延時(shí)時(shí)間計(jì)算數(shù)學(xué)模型以及聚焦點(diǎn)附近聲壓面的計(jì)算方法；第三步數(shù)據(jù)的輸入以及晶體延時(shí)、聲壓面的計(jì)算；
第四步軟件的計(jì)算和聲壓面的三維顯示圖；其中聚焦延時(shí)時(shí)間計(jì)算數(shù)學(xué)模型采用各晶體到達(dá)聚焦點(diǎn)聲波的第一個(gè)波形相位相同再相加，并且不同的晶體獨(dú)立計(jì)算，折射點(diǎn)各不相同，折射點(diǎn)的計(jì)算采用逐次逼近的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行，在自發(fā)自收的狀態(tài)，發(fā)射的延時(shí)和接受的提前時(shí)間應(yīng)該基本相同；其中聚焦點(diǎn)附近聲壓面的計(jì)算方法采用逐點(diǎn)計(jì)算的方法形成聲壓曲面，選取焦點(diǎn)為中心的邊長(zhǎng)為2d的正方形的界限，逐點(diǎn)變化X坐標(biāo)掃描計(jì)算一行數(shù)值，再逐行變化Y坐標(biāo)掃描計(jì)算一幀數(shù)值；按各晶體延時(shí)發(fā)射的開(kāi)始時(shí)間計(jì)算出各晶體到達(dá)該點(diǎn)的波形函數(shù)，將各晶體的波形函數(shù)相加，得到該點(diǎn)的總聲壓時(shí)間函數(shù)，在數(shù)據(jù)取樣窗口的范圍中選取該函數(shù)的最大絕對(duì)值，作為該點(diǎn)的聲壓量，將該數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)寫(xiě)入各相關(guān)文件。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過(guò)在仿真平臺(tái)上輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合晶體陣與其他硬件電路，計(jì)算各晶體延時(shí)時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，并在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行聚焦點(diǎn)聲壓陣列的數(shù)值計(jì)算后顯示三維的數(shù)據(jù)畫(huà)面，確定設(shè)備的最佳方案，并且可以對(duì)各種不同聚焦相位和時(shí)間控制的數(shù)學(xué)模型在仿真平臺(tái)上進(jìn)行比較，選取最佳的數(shù)學(xué)模型。另外可通過(guò)仿真平臺(tái)，可以直觀地看到一個(gè)逼真地三維彩色的“聚焦點(diǎn)及其附近聲壓的分布立體圖”，了解到晶體諧振頻率、阻尼大小、晶體陣范圍的選用等，和這些參數(shù)對(duì)聚焦點(diǎn)形狀的影響，以及在設(shè)備制作中，延時(shí)精度、多路放大的不均勻性對(duì)聚焦準(zhǔn)確是否敏感，可指導(dǎo)技術(shù)人員進(jìn)行超聲波物理參數(shù)的選用優(yōu)化和設(shè)備性能的選用優(yōu)化工作。


圖1是本發(fā)明仿真平臺(tái)模塊結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
本發(fā)明它包括數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)計(jì)算，其特征在于，整個(gè)方法由以下幾個(gè)步驟組成第一步建立仿真平臺(tái)模塊結(jié)構(gòu)；第二步建立聚焦延時(shí)時(shí)間計(jì)算數(shù)學(xué)模型以及聚焦點(diǎn)附近聲壓面的計(jì)算方法；第三步數(shù)據(jù)的輸入以及晶體延時(shí)、聲壓面的計(jì)算；第四步軟件的計(jì)算和聲壓面的三維顯示圖；其中聚焦延時(shí)時(shí)間計(jì)算數(shù)學(xué)模型采用各晶體到達(dá)聚焦點(diǎn)聲波的第一個(gè)波形相位相同再相加，并且不同的晶體獨(dú)立計(jì)算，折射點(diǎn)各不相同，折射點(diǎn)的計(jì)算采用逐次逼近的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行，在自發(fā)自收的狀態(tài)，發(fā)射的延時(shí)和接受的提前時(shí)間應(yīng)該基本相同；其中聚焦點(diǎn)附近聲壓面的計(jì)算方法采用逐點(diǎn)計(jì)算的方法形成聲壓曲面，選取焦點(diǎn)為中心的邊長(zhǎng)為2d的正方形的界限，逐點(diǎn)變化X坐標(biāo)掃描計(jì)算一行數(shù)值，再逐行變化Y坐標(biāo)掃描計(jì)算一幀數(shù)值；按各晶體延時(shí)發(fā)射的開(kāi)始時(shí)間計(jì)算出各晶體到達(dá)該點(diǎn)的波形函數(shù)，將各晶體的波形函數(shù)相加，得到該點(diǎn)的總聲壓時(shí)間函數(shù)，在數(shù)據(jù)取樣窗口的范圍中選取該函數(shù)的最大絕對(duì)值，作為該點(diǎn)的聲壓量，將該數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)寫(xiě)入各相關(guān)文件。
具體實(shí)施例方式首先建立仿真平臺(tái)模塊結(jié)構(gòu)，確定聚焦延時(shí)時(shí)間計(jì)算數(shù)學(xué)模型以及聚焦點(diǎn)附近聲壓面的計(jì)算方法，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入其中輸入?yún)?shù)有聚焦點(diǎn)的座標(biāo)、參與聚焦的晶體最左側(cè)和最右側(cè)的晶體號(hào)、晶體的固有振蕩頻率、晶體的阻尼系數(shù)、設(shè)備的控制延時(shí)的最小步長(zhǎng)等，并將這些參數(shù)轉(zhuǎn)入以下計(jì)算部分，輸出參數(shù)有主偏轉(zhuǎn)角度聲波聚焦晶體延時(shí)計(jì)算接受輸入部分模塊轉(zhuǎn)入的數(shù)據(jù)，選擇數(shù)學(xué)模型種類的計(jì)算按鈕如W-C聚焦模型，根據(jù)選定的聲波聚焦晶體延時(shí)數(shù)學(xué)模型計(jì)算并顯示各個(gè)晶體聚焦延時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)值，儲(chǔ)存相應(yīng)的數(shù)組數(shù)據(jù)值，選定數(shù)學(xué)模型計(jì)算各晶體延時(shí)數(shù)據(jù)的工作步驟●在畫(huà)面上按各種數(shù)學(xué)模型鍵，選定數(shù)學(xué)模型同時(shí)開(kāi)始計(jì)算數(shù)據(jù)；●系統(tǒng)軟件根據(jù)該數(shù)學(xué)模型的理論和方法，確定計(jì)算步驟，系統(tǒng)開(kāi)始循環(huán)計(jì)算●晶體聚焦延時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)值的窗口中顯示計(jì)算結(jié)果；●窗口輸出主偏角度；聲壓面的計(jì)算接受并采用輸入部分模塊轉(zhuǎn)入的每個(gè)晶體發(fā)射或接受的延時(shí)數(shù)據(jù)亦可自行通過(guò)數(shù)據(jù)窗口輸入通過(guò)其他方式計(jì)算的延時(shí)數(shù)據(jù)，從晶體聚焦延時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)值的窗口中輸入自定計(jì)算的各晶體延時(shí)數(shù)據(jù)值的工作步驟●在晶體聚焦延時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)值的窗口中鍵入自定計(jì)算數(shù)值；●按“輸入晶體提前數(shù)據(jù)”按鈕；●窗口輸出主偏角度，并且將儲(chǔ)存相應(yīng)的數(shù)組數(shù)據(jù)值；●系統(tǒng)能根據(jù)操作進(jìn)行計(jì)算產(chǎn)生聚焦點(diǎn)及其周圍區(qū)域的聲壓數(shù)據(jù)和生成有關(guān)數(shù)據(jù)文件；●進(jìn)行的步驟1.在界面上按動(dòng)“計(jì)算聲壓數(shù)據(jù)文件”的按鈕；
2.根據(jù)程序中宏定義確定的邊界寬度，和計(jì)算點(diǎn)的間隔步長(zhǎng)進(jìn)行循環(huán)計(jì)算；3.計(jì)算是“根據(jù)各晶體在不同的時(shí)刻到達(dá)該點(diǎn)的瞬時(shí)值進(jìn)行累加”的原則，選出時(shí)間取樣窗口中最大的累加絕對(duì)值作為該點(diǎn)的文件數(shù)值和顯示數(shù)值；4.計(jì)算中，按鍵顯示“請(qǐng)等待”字樣，計(jì)算完成后，按鍵顯示還原為“計(jì)算聲壓數(shù)據(jù)文件”字樣；5.將數(shù)據(jù)邊界寬、計(jì)算點(diǎn)的間隔步長(zhǎng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入fouse_modu.dat文件；將聲壓數(shù)據(jù)值按X座標(biāo)掃描為一行，Y掃描為一幀的寫(xiě)入順序?qū)懭雈ouse.dat文件；聲壓平面的顯示在MATLAB的平臺(tái)上顯示三維的彩色數(shù)據(jù)畫(huà)面，可在不同的角度觀察聚焦點(diǎn)以及附近的聲壓數(shù)值的情況，從中作出各方面的理性判斷，以求獲得進(jìn)行設(shè)備改進(jìn)的最佳方案，以及可以對(duì)各種不同的聚焦數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比較，選取最佳的數(shù)學(xué)模型。
相應(yīng)的工作步驟●打開(kāi)MATLAB工作平臺(tái)；●在窗口中選取并點(diǎn)擊程序文件fouse_show722.m；●運(yùn)行該程序文件，自動(dòng)讀取fouse.dat文件和fouse_modu.dat文件；根據(jù)該兩文件的數(shù)值，將數(shù)值寫(xiě)入數(shù)據(jù)顯示矩陣；調(diào)用mesh函數(shù)彩色三維顯示圖像；可人工操作旋轉(zhuǎn)按鈕，從不同的角度觀看聚焦數(shù)據(jù)圖像。
權(quán)利要求
1.一種超聲波相控陣聚焦仿真平臺(tái)，它包括數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)計(jì)算，其特征在于，整個(gè)方法由以下幾個(gè)步驟組成第一步建立仿真平臺(tái)模塊結(jié)構(gòu)；第二步建立聚焦延時(shí)時(shí)間計(jì)算數(shù)學(xué)模型以及聚焦點(diǎn)附近聲壓面的計(jì)算方法；第三步數(shù)據(jù)的輸入以及晶體延時(shí)、聲壓面的計(jì)算；第四步軟件的計(jì)算和聲壓面的三維顯示2.如權(quán)利要求1所述的超聲波相控陣聚焦仿真平臺(tái)，其特征在于，所述的聚焦延時(shí)時(shí)間計(jì)算數(shù)學(xué)模型采用各晶體到達(dá)聚焦點(diǎn)聲波的第一個(gè)波形相位相同再相加，并且不同的晶體獨(dú)立計(jì)算，折射點(diǎn)各不相同，折射點(diǎn)的計(jì)算采用逐次逼近的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行，在自發(fā)自收的狀態(tài)，發(fā)射的延時(shí)和接受的提前時(shí)間應(yīng)該基本相同；
3.如權(quán)利要求1所述的超聲波相控陣聚焦仿真平臺(tái)，其特征在于，所述的聚焦點(diǎn)附近聲壓面的計(jì)算方法采用逐點(diǎn)計(jì)算的方法形成聲壓曲面，選取焦點(diǎn)為中心的邊長(zhǎng)為2d的正方形的界限，逐點(diǎn)變化X坐標(biāo)掃描計(jì)算一行數(shù)值，再逐行變化Y坐標(biāo)掃描計(jì)算一幀數(shù)值；按各晶體延時(shí)發(fā)射的開(kāi)始時(shí)間計(jì)算出各晶體到達(dá)該點(diǎn)的波形函數(shù)，將各晶體的波形函數(shù)相加，得到該點(diǎn)的總聲壓時(shí)間函數(shù)，在數(shù)據(jù)取樣窗口的范圍中選取該函數(shù)的最大絕對(duì)值，作為該點(diǎn)的聲壓量，將該數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)寫(xiě)入各相關(guān)文件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲波相控陣聚焦仿真平臺(tái)，旨在提供一種通過(guò)在仿真平臺(tái)上輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算各晶體延時(shí)時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行聚焦點(diǎn)聲壓陣列的數(shù)值計(jì)算后顯示三維的數(shù)據(jù)畫(huà)面，確定設(shè)備的最佳方案，并且可以對(duì)各種不同的聚焦數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比較，選取最佳的數(shù)學(xué)模型。本發(fā)明整個(gè)方法由以下幾個(gè)步驟組成建立仿真平臺(tái)模塊結(jié)構(gòu)；建立聚焦延時(shí)時(shí)間計(jì)算數(shù)學(xué)模型以及聚焦點(diǎn)附近聲壓面的計(jì)算方法數(shù)據(jù)的輸入以及晶體延時(shí)、聲壓面的計(jì)算；軟件的計(jì)算和聲壓面的三維顯示圖。
文檔編號(hào)G01N29/04GK1621827SQ200310108899
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者陳家祥, 吳楠松, 茅德康, 張曉黎 申請(qǐng)人:上海電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)研究所