专利名称：超声波相控阵聚焦仿真平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿真平台，更具体地说，它涉及一种超声波相控阵聚焦仿真平台。
背景技术：
目前国内研究和生产“超声波相控阵探伤设备”中，没有该项“超声波相控阵聚焦仿真平台”的技术，也没有使用国外的相关技术来进行相关工作。由于没有该项技术，所以有关超声波相控阵聚焦的数学物理状态无从了解和作出判断，而只能感性地进行模糊猜测，因此在理论研究或设备的研制方面，缺乏理性的和精确数据的引导，影响了该领域技术工作深入进行。
中国专利《大口径管道环焊缝相控阵超声波自动检测系统》(申请号01131937.2公开号为CN 14125)，公开了一种大口径管道环焊缝相控阵超声波自动检测系统，它包括主控部分、专用管道爬行器部分、超声波晶片阵列探头部分、上位机智能图形处理部分、电缆部分、专用装备车，超声波晶片阵列探头部分安装于专用管道爬行器部分上，主控部分、上位机智能图形处理部分安放在专用装备车内，用装备车内的主控部分、上位机智能图形处理部分通过电缆部分与专用管道爬行器部分连接。
在以上专利的研制和使用过程中感到不足之处是对于不同聚焦的相位和时间控制的数学模型无法进行比较；聚焦点及其附近声压的分布情况，晶体谐振频率、阻尼大小、晶体阵的范围选用，及这些参数对聚焦点形状的影响；设备制作中，延时精度、多路放大的不均匀性等对聚焦准确是否敏感都无法解决。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种通过在仿真平台上输入相关数据，结合晶体阵与其他硬件电路，计算各晶体延时时间的数学模型，并在数学模型的基础上，进行聚焦点声压阵列的数值计算后显示三维的数据画面，确定设备的最佳方案，并且可以对各种不同的聚焦数学模型进行比较，选取最佳的数学模型的超声波相控阵聚焦仿真平台。
本发明它包括数据输入、数据计算，其特征在于，整个方法由以下几个步骤组成第一步建立仿真平台模块结构第二步建立聚焦延时时间计算数学模型以及聚焦点附近声压面的计算方法；第三步数据的输入以及晶体延时、声压面的计算；
第四步软件的计算和声压面的三维显示图；其中聚焦延时时间计算数学模型采用各晶体到达聚焦点声波的第一个波形相位相同再相加，并且不同的晶体独立计算，折射点各不相同，折射点的计算采用逐次逼近的计算方法来进行，在自发自收的状态，发射的延时和接受的提前时间应该基本相同；其中聚焦点附近声压面的计算方法采用逐点计算的方法形成声压曲面，选取焦点为中心的边长为2d的正方形的界限，逐点变化X坐标扫描计算一行数值，再逐行变化Y坐标扫描计算一帧数值；按各晶体延时发射的开始时间计算出各晶体到达该点的波形函数，将各晶体的波形函数相加，得到该点的总声压时间函数，在数据取样窗口的范围中选取该函数的最大绝对值，作为该点的声压量，将该数据及其他相关数据写入各相关文件。
本发明的有益效果是本发明通过在仿真平台上输入相关数据，结合晶体阵与其他硬件电路，计算各晶体延时时间的数学模型，并在数学模型的基础上，进行聚焦点声压阵列的数值计算后显示三维的数据画面，确定设备的最佳方案，并且可以对各种不同聚焦相位和时间控制的数学模型在仿真平台上进行比较，选取最佳的数学模型。另外可通过仿真平台，可以直观地看到一个逼真地三维彩色的“聚焦点及其附近声压的分布立体图”，了解到晶体谐振频率、阻尼大小、晶体阵范围的选用等，和这些参数对聚焦点形状的影响，以及在设备制作中，延时精度、多路放大的不均匀性对聚焦准确是否敏感，可指导技术人员进行超声波物理参数的选用优化和设备性能的选用优化工作。


图1是本发明仿真平台模块结构图具体实施方式
下面结合附图1对本发明作进一步的描述。
本发明它包括数据输入、数据计算，其特征在于，整个方法由以下几个步骤组成第一步建立仿真平台模块结构；第二步建立聚焦延时时间计算数学模型以及聚焦点附近声压面的计算方法；第三步数据的输入以及晶体延时、声压面的计算；第四步软件的计算和声压面的三维显示图；其中聚焦延时时间计算数学模型采用各晶体到达聚焦点声波的第一个波形相位相同再相加，并且不同的晶体独立计算，折射点各不相同，折射点的计算采用逐次逼近的计算方法来进行，在自发自收的状态，发射的延时和接受的提前时间应该基本相同；其中聚焦点附近声压面的计算方法采用逐点计算的方法形成声压曲面，选取焦点为中心的边长为2d的正方形的界限，逐点变化X坐标扫描计算一行数值，再逐行变化Y坐标扫描计算一帧数值；按各晶体延时发射的开始时间计算出各晶体到达该点的波形函数，将各晶体的波形函数相加，得到该点的总声压时间函数，在数据取样窗口的范围中选取该函数的最大绝对值，作为该点的声压量，将该数据及其他相关数据写入各相关文件。
具体实施例方式首先建立仿真平台模块结构，确定聚焦延时时间计算数学模型以及聚焦点附近声压面的计算方法，然后进行数据的输入其中输入参数有聚焦点的座标、参与聚焦的晶体最左侧和最右侧的晶体号、晶体的固有振荡频率、晶体的阻尼系数、设备的控制延时的最小步长等，并将这些参数转入以下计算部分，输出参数有主偏转角度声波聚焦晶体延时计算接受输入部分模块转入的数据，选择数学模型种类的计算按钮如W-C聚焦模型，根据选定的声波聚焦晶体延时数学模型计算并显示各个晶体聚焦延时时间数据值，储存相应的数组数据值，选定数学模型计算各晶体延时数据的工作步骤●在画面上按各种数学模型键，选定数学模型同时开始计算数据；●系统软件根据该数学模型的理论和方法，确定计算步骤，系统开始循环计算●晶体聚焦延时时间数据值的窗口中显示计算结果；●窗口输出主偏角度；声压面的计算接受并采用输入部分模块转入的每个晶体发射或接受的延时数据亦可自行通过数据窗口输入通过其他方式计算的延时数据，从晶体聚焦延时时间数据值的窗口中输入自定计算的各晶体延时数据值的工作步骤●在晶体聚焦延时时间数据值的窗口中键入自定计算数值；●按“输入晶体提前数据”按钮；●窗口输出主偏角度，并且将储存相应的数组数据值；●系统能根据操作进行计算产生聚焦点及其周围区域的声压数据和生成有关数据文件；●进行的步骤1.在界面上按动“计算声压数据文件”的按钮；
2.根据程序中宏定义确定的边界宽度，和计算点的间隔步长进行循环计算；3.计算是“根据各晶体在不同的时刻到达该点的瞬时值进行累加”的原则，选出时间取样窗口中最大的累加绝对值作为该点的文件数值和显示数值；4.计算中，按键显示“请等待”字样，计算完成后，按键显示还原为“计算声压数据文件”字样；5.将数据边界宽、计算点的间隔步长数据写入fouse_modu.dat文件；将声压数据值按X座标扫描为一行，Y扫描为一帧的写入顺序写入fouse.dat文件；声压平面的显示在MATLAB的平台上显示三维的彩色数据画面，可在不同的角度观察聚焦点以及附近的声压数值的情况，从中作出各方面的理性判断，以求获得进行设备改进的最佳方案，以及可以对各种不同的聚焦数学模型进行比较，选取最佳的数学模型。
相应的工作步骤●打开MATLAB工作平台；●在窗口中选取并点击程序文件fouse_show722.m；●运行该程序文件，自动读取fouse.dat文件和fouse_modu.dat文件；根据该两文件的数值，将数值写入数据显示矩阵；调用mesh函数彩色三维显示图像；可人工操作旋转按钮，从不同的角度观看聚焦数据图像。
权利要求
1.一种超声波相控阵聚焦仿真平台，它包括数据输入、数据计算，其特征在于，整个方法由以下几个步骤组成第一步建立仿真平台模块结构；第二步建立聚焦延时时间计算数学模型以及聚焦点附近声压面的计算方法；第三步数据的输入以及晶体延时、声压面的计算；第四步软件的计算和声压面的三维显示2.如权利要求1所述的超声波相控阵聚焦仿真平台，其特征在于，所述的聚焦延时时间计算数学模型采用各晶体到达聚焦点声波的第一个波形相位相同再相加，并且不同的晶体独立计算，折射点各不相同，折射点的计算采用逐次逼近的计算方法来进行，在自发自收的状态，发射的延时和接受的提前时间应该基本相同；
3.如权利要求1所述的超声波相控阵聚焦仿真平台，其特征在于，所述的聚焦点附近声压面的计算方法采用逐点计算的方法形成声压曲面，选取焦点为中心的边长为2d的正方形的界限，逐点变化X坐标扫描计算一行数值，再逐行变化Y坐标扫描计算一帧数值；按各晶体延时发射的开始时间计算出各晶体到达该点的波形函数，将各晶体的波形函数相加，得到该点的总声压时间函数，在数据取样窗口的范围中选取该函数的最大绝对值，作为该点的声压量，将该数据及其他相关数据写入各相关文件。
全文摘要
本发明公开了一种超声波相控阵聚焦仿真平台，旨在提供一种通过在仿真平台上输入相关数据，计算各晶体延时时间的数学模型，进行聚焦点声压阵列的数值计算后显示三维的数据画面，确定设备的最佳方案，并且可以对各种不同的聚焦数学模型进行比较，选取最佳的数学模型。本发明整个方法由以下几个步骤组成建立仿真平台模块结构；建立聚焦延时时间计算数学模型以及聚焦点附近声压面的计算方法数据的输入以及晶体延时、声压面的计算；软件的计算和声压面的三维显示图。
文档编号G01N29/04GK1621827SQ200310108899
公开日2005年6月1日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者陈家祥, 吴楠松, 茅德康, 张晓黎 申请人:上海电气自动化设计研究所