專利名稱：一種動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)可視化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可視化方法，更特別地涉及一種動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)的可視化方法。背景技術(shù)：
聲波是一種人們無(wú)法直接觀察到的應(yīng)力波，利用聲波在介質(zhì)中的傳播、反射等規(guī)律可以用于聲納、超聲探傷等應(yīng)用中。在對(duì)聲波進(jìn)行研究的過(guò)程中，需要對(duì)聲波在介質(zhì)中的傳播過(guò)程進(jìn)行直觀的了解。傳統(tǒng)研究聲波的方法主要是分析聲波換能器在材料表面接收到的聲信號(hào)，從而推論聲波在材料內(nèi)的傳播規(guī)律。隨著現(xiàn)代聲學(xué)技術(shù)以及檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，各種聲波可視化的新型技術(shù)被用在研究、醫(yī)學(xué)、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域中。聲波在材料中的傳播過(guò)程無(wú)法直接觀察和測(cè)量，從而給聲場(chǎng)研究工作帶來(lái)了很大困難.為了使聲波成為可見(jiàn)，讓人們更直觀的認(rèn)識(shí)和研究這些復(fù)雜聲場(chǎng)，出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)光彈等方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決聲波在介質(zhì)中傳播過(guò)程難于觀察，不利于對(duì)傳播過(guò)程進(jìn)行研究的問(wèn)題，從而為觀察和研究聲波的傳播提供一種更為直接的方式，同時(shí)也為探測(cè)聲音傳播的介質(zhì)本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供一種方式。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)可視化方法，其包括如下步驟I)提供一對(duì)聲波換能器，其中一個(gè)作為聲波發(fā)射換能器，另外一個(gè)作為聲波接受換能器；2 )將兩個(gè)換能器耦合到介質(zhì)材料表面，其中聲波發(fā)射換能器固定不動(dòng)，聲波接受換能器則按照一定的路徑移動(dòng)；3)以網(wǎng)格的形式對(duì)介質(zhì)材料的表面進(jìn)行劃分；4)聲波接受換能器在介質(zhì)表面上進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)該聲波接受換能器每移動(dòng)到一個(gè)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)上時(shí)停止移動(dòng)，讓聲波發(fā)射換能器沿各個(gè)方向發(fā)射出一段聲波短脈沖，其中部分聲波經(jīng)過(guò)換能器之間的介質(zhì)直接到達(dá)接收端，聲波能量受到介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反射、散射造成聲波的衰減，而另外一部分聲波受到反射或多次反射也可以在一定時(shí)間內(nèi)到達(dá)聲波接收器；在發(fā)射換能器發(fā)射聲波的同時(shí)，接受換能器也啟動(dòng)對(duì)聲波的波形記錄，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后停止記錄；5)停止記錄后，繼續(xù)移動(dòng)聲波接受換能器，在其到達(dá)新的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)后重復(fù)上述步驟4)，直到掃描完整個(gè)材料的表面； 接受換能器在遍布介質(zhì)表面的每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)后，將得到每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在聲波發(fā)射后一段時(shí)間內(nèi)的波形；6)對(duì)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和采集的波形記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立與介質(zhì)表面對(duì)應(yīng)的圖像， 其中每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)像素；取出每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的相同時(shí)刻的幅值，通過(guò)聲波幅值與像素值的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系得到該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的圖像；以及7)依照步驟6)獲取每個(gè)時(shí)刻的圖像， 并按照時(shí)間順序?qū)⑦@些圖像逐幀播放，即可觀測(cè)到整個(gè)波形的傳播過(guò)程。進(jìn)一步優(yōu)選的，該方法中采用的聲波換能器為壓電晶片。進(jìn)一步優(yōu)選的，該方法中通過(guò)任意合適的聲波耦合劑來(lái)將兩個(gè)聲波換能器耦合到介質(zhì)材料表面。進(jìn)一步優(yōu)選的，該方法中所采集的波形記錄通過(guò)適配器傳遞給計(jì)算機(jī)而進(jìn)行記錄。進(jìn)一步優(yōu)選的，該方法中聲波幅值與像素值的--對(duì)應(yīng)關(guān)系為幅值越大像素灰度值越大，幅值越小像素灰度值越小。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，可以直觀形象地再現(xiàn)聲波在介質(zhì)中的過(guò)程，相比其他方法(如動(dòng)態(tài)光彈法)適用的材料范圍更廣，可以用于聲波的傳播特性研究，材料的聲學(xué)特性以及材料的無(wú)損檢測(cè)等。四

圖I為應(yīng)用本發(fā)明所描述方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在圖中，I、聲波介質(zhì)平面2、聲波接收換能器3、聲波發(fā)射換能器4、適配器5、計(jì)算機(jī)。圖2為聲波換能器發(fā)射的脈沖和圖I中a、b、c三點(diǎn)的波形圖。在圖中，時(shí)間軸t0上的波形為聲波換能器發(fā)射的脈沖波形，ta、tb、tc上的波形分別為聲波換能器移動(dòng)到a、b和c三點(diǎn)所接收到的波形。五具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為聲波信號(hào)的采集和傳播過(guò)程的重現(xiàn)兩部分。聲波信號(hào)的采集如圖I所示，聲波介質(zhì)平面I上通過(guò)適當(dāng)?shù)穆暡詈蟿┓胖寐暡ń邮論Q能器2和聲波發(fā)射換能器3，其中聲波發(fā)射換能器3固定不動(dòng)，聲波接收換能器2沿一定的路徑移動(dòng)，每當(dāng)?shù)竭_(dá)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)上時(shí)則停止移動(dòng)等待測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中首先由計(jì)算機(jī)5通過(guò)適配器4控制聲波發(fā)射換能器按照?qǐng)D2中t0軸上的波形發(fā)射一個(gè)短脈沖的聲波， 同時(shí)，計(jì)算機(jī)5開(kāi)始通過(guò)適配器4采集記錄聲波接收換能器2的電壓波形，聲波先經(jīng)過(guò)聲波介質(zhì)平面I到達(dá)聲波接收換能器2，被計(jì)算機(jī)5采集記錄下來(lái)，另外一部分聲波遇到聲波介質(zhì)平面I的邊緣或介質(zhì)中的內(nèi)部缺陷時(shí)同樣能夠到達(dá)能夠被記錄下來(lái)，一段時(shí)間后，計(jì)算機(jī)5停止記錄，聲波接收換能器2移動(dòng)至下一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，并重復(fù)以上過(guò)程直至遍歷所有的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)即可完成聲波信號(hào)的采集。聲波傳播過(guò)程的重現(xiàn)在聲波信號(hào)的采集過(guò)程中，每次的采集波形的過(guò)程中都是以聲波的發(fā)射時(shí)刻為起點(diǎn)，例如，圖I中聲波介質(zhì)平面I上有三點(diǎn)a、b和C，相應(yīng)的波形分別為圖2中的時(shí)間軸ta、tb和tc，將所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的波形按照同樣的形式對(duì)齊，取出某一時(shí)刻每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的聲波幅度值，然后將該幅度值按照一定的映射關(guān)系轉(zhuǎn)化為像素點(diǎn)的灰度值(或顏色值)，然后將這些像素點(diǎn)按照相應(yīng)的網(wǎng)格點(diǎn)的位置組合成圖像，即可表示該時(shí)刻聲波的傳播狀態(tài)，使用相同的方法，轉(zhuǎn)換各個(gè)時(shí)刻的波形轉(zhuǎn)換成一幅幅的圖像，然后將這些圖像按照時(shí)間的先后順序播放出來(lái)，即可得到聲波的傳播過(guò)程視頻。因而可以直觀地觀察到聲波的傳播、以及在邊界以及介質(zhì)內(nèi)部缺陷的反射。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)可視化方法，其包括如下步驟.1)提供一對(duì)聲波換能器(2，3)，其中一個(gè)作為聲波發(fā)射換能器(3)，另外一個(gè)作為聲波接受換能器(2)；.2)將兩個(gè)換能器耦合到介質(zhì)材料表面(I)，其中聲波發(fā)射換能器(3 )固定不動(dòng)，聲波接受換能器(2)則按照一定的路徑移動(dòng)；.3)以網(wǎng)格的形式對(duì)介質(zhì)材料的表面(I)進(jìn)行劃分；.4)聲波接受換能器(2)在介質(zhì)表面上進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)該聲波接受換能器(2)每移動(dòng)到一個(gè)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)上時(shí)停止移動(dòng)，讓聲波發(fā)射換能器(3)沿各個(gè)方向發(fā)射出一段聲波短脈沖，其中部分聲波經(jīng)過(guò)換能器之間的介質(zhì)直接到達(dá)接收端，聲波能量受到介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反射、 散射造成聲波的衰減，而另外一部分聲波受到反射或多次反射也可以在一定時(shí)間內(nèi)到達(dá)聲波接收器；在發(fā)射換能器(3)發(fā)射聲波的同時(shí)，接受換能器(2)也啟動(dòng)對(duì)聲波的波形記錄， 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后停止記錄；.5)停止記錄后，繼續(xù)移動(dòng)聲波接受換能器(2)，在其到達(dá)新的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)后重復(fù)上述步驟.4)，直到掃描完整個(gè)材料的表面；接受換能器(2)在遍布介質(zhì)表面的每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)后，將得到每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在聲波發(fā)射后一段時(shí)間內(nèi)的波形；.6)對(duì)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和采集的波形記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立與介質(zhì)表面對(duì)應(yīng)的圖像，其中每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)像素；取出每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的相同時(shí)刻的幅值，通過(guò)聲波幅值與像素值的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系得到該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的圖像；以及.7)依照步驟6)獲取每個(gè)時(shí)刻的圖像，并按照時(shí)間順序?qū)⑦@些圖像逐幀播放，可視化整個(gè)波形的傳播過(guò)程。
2.如權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)可視化方法，其中該方法中采用的聲波換能器為壓電晶片。
3.如權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)可視化方法，其中該方法中通過(guò)任意合適的聲波耦合劑來(lái)將兩個(gè)聲波換能器(2，3 )耦合到介質(zhì)材料表面(I)。
4.如權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)可視化方法，其中該方法中所采集的波形記錄通過(guò)適配器(4)傳遞給計(jì)算機(jī)(5)而進(jìn)行記錄。
5.如權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)可視化方法，其中該方法中聲波幅值與像素值的--對(duì)應(yīng)關(guān)系為幅值越大像素灰度值越大，幅值越小像素灰度值越小。
全文摘要
本發(fā)明為了解決聲波在介質(zhì)中傳播過(guò)程難于觀察，不利于對(duì)傳播過(guò)程進(jìn)行研究的問(wèn)題，而提供一種動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)可視化方法，其通過(guò)獲取每一時(shí)刻介質(zhì)表面每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的聲波數(shù)據(jù)，建立對(duì)應(yīng)于每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的像素?cái)?shù)據(jù)來(lái)獲得每一時(shí)刻介質(zhì)表面的聲波圖像，并按照時(shí)間順序按幀播放所采集的聲波圖像從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)的可視化。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102589679SQ20121004625
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者吳偉, 敖波, 歐陽(yáng)未, 金信鴻 申請(qǐng)人:吳偉