[發(fā)明專利]一種非接觸式超聲聲壓檢測裝置與方法

在審

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• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107748004A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈樂成;薛彬;張凱;陳世利;翟京生;曾周末
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 李林娟

1.一種非接觸式超聲聲壓檢測裝置，其特征在于，所述檢測裝置包括：

信號發(fā)生器用于產(chǎn)生超聲激勵信號，功率放大器用于將激勵信號放大，來驅(qū)動超聲探頭，超聲探頭在水槽中產(chǎn)生超聲聲場；

He-Ne激光器、鮑威爾棱鏡、長焦凸透鏡組、水槽、高速相機(jī)位于同一水平線上，激光經(jīng)過鮑威爾棱鏡后產(chǎn)生一束強(qiáng)度均勻、發(fā)散的線激光；

線激光經(jīng)過長焦凸透鏡組形成一束平行的線激光，光束寬度要大于超聲探頭產(chǎn)生的聲場寬度，線激光通過水槽會被超聲聲場形成的超聲光柵衍射，衍射光斑由高速相機(jī)接收；超聲探頭固定在旋轉(zhuǎn)位移平臺上沿z軸方向平移。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式超聲聲壓檢測裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)位移平臺自帶有夾具，

所述夾具用于將超聲探頭固定在旋轉(zhuǎn)位移平臺上，并調(diào)整超聲探頭使發(fā)出的聲波與激光垂直。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式超聲聲壓檢測裝置，其特征在于，所述水槽中盛有蒸餾水，水槽底部放有吸聲材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式超聲聲壓檢測裝置，其特征在于，所述He-Ne激光器、長焦凸透鏡組、鮑威爾棱鏡、高速相機(jī)的位移準(zhǔn)確度高于±0.02mm，角度的準(zhǔn)確度高于±1’。

5.一種非接觸式超聲聲壓檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括以下步驟：

1)調(diào)節(jié)高速相機(jī)的位置，使線激光與正一級和負(fù)一級衍射光斑均位于高速相機(jī)的視場范圍內(nèi)；

2)對衍射光斑圖樣進(jìn)行濾波處理；

即選定一個窗口范圍，將窗口內(nèi)的各個像素點(diǎn)的灰度值按照從大到小進(jìn)行排序，使用序列的中位數(shù)作為整個取值窗口的灰度值，遍歷整個圖像，直至完成濾波；

3)對濾波后的圖像進(jìn)行邊緣檢測，識別數(shù)字圖像中亮度變化明顯的點(diǎn)；

4)一級衍射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度之比滿足第一類1階貝塞爾函數(shù)，對于同一個檢測點(diǎn)，將正一級衍射光和負(fù)一級衍射光的計算結(jié)果取平均值，即可作為該檢測點(diǎn)出聲場的聲壓值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非接觸式超聲聲壓檢測方法，其特征在于，所述對濾波后的圖像進(jìn)行邊緣檢測，識別數(shù)字圖像中亮度變化明顯的點(diǎn)具體為：

T為前景與背景的分割閾值，前景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為w₀，平均灰度為u₀；背景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為w₁，平均灰度為u₁，圖像的總平均灰度為u，前景和背景圖象的方差g，則有：

u＝w₀×u₀+w₁×u₁

g＝w₀×(u₀-u)²+w₁×(u₁-u)²

聯(lián)立以上兩式可得：

g=w01-w0×(u0-u)2]]>

當(dāng)方差g最大時，灰度T是最佳閾值。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非接觸式超聲聲壓檢測方法，其特征在于，在步驟1)之前，所述檢測方法還包括：

調(diào)節(jié)長焦凸透鏡組的距離，將線激光調(diào)節(jié)平行，并使線激光寬度大于超聲聲束寬度；

根據(jù)超聲探頭中心頻率，設(shè)置信號發(fā)生器的激發(fā)脈沖信號頻率，激發(fā)脈沖幅度；調(diào)節(jié)功率放大器增益，使其輸出電壓在超聲探頭的工作電壓范圍內(nèi)；

打開信號發(fā)生器與功率放大器，水槽中產(chǎn)生穩(wěn)定的超聲聲場。