超聲波頻譜分析系統(tǒng)組成

超聲波頻譜分析技術(shù)是基于信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論。在超聲波頻譜分析過(guò)程中，頻譜分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以千差萬(wàn)別，但這些系統(tǒng)都包括以下三個(gè)子系統(tǒng):①超聲波發(fā)射系統(tǒng)，發(fā)射超聲波作為整個(gè)頻譜分析系統(tǒng)的輸人;②超聲波接收系統(tǒng)，接收通過(guò)被檢測(cè)對(duì)象(通道)的含有介質(zhì)信息的超聲波;③譜分析系統(tǒng)，對(duì)接收到的超聲波進(jìn)行頻譜分析，可以得到直觀的幅度譜和相位譜。

在超聲波頻譜分析系統(tǒng)中，由脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的電脈沖激勵(lì)超聲波換能器(探頭),從而產(chǎn)生了超聲波信號(hào)。這是一個(gè)以電信號(hào)為輸入，超聲波換能器為系統(tǒng)，超聲波信號(hào)為輸出的過(guò)程，本質(zhì)上是一個(gè)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程。發(fā)射超聲波在被研究試件中傳播時(shí)，試件與超聲波相互作用，使超聲波發(fā)生反射、折射、衰減等物理變化，其中被測(cè)試件可作為系統(tǒng)，輸人和輸出均為超聲波信號(hào)。接收探頭收到了含有試件信息的超聲波，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。這個(gè)電信號(hào)就是最終的諧分析系統(tǒng)的輸入，通過(guò)信號(hào)處理得到頻譜。由于通過(guò)試件的超聲波經(jīng)過(guò)換能器后得到的電信號(hào)是微弱的，因此在對(duì)電信號(hào)進(jìn)行譜分析之前要進(jìn)行放大。

以上是對(duì)通用超聲波頻譜分析系統(tǒng)的概述，若要深人理解這個(gè)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上研究信號(hào)處理方法，需要引入信號(hào)與系統(tǒng)的若干概念和方法，并將其應(yīng)用于頻譜分析中，這對(duì)于進(jìn)行定量無(wú)損評(píng)價(jià)是必不可少的。

線性非時(shí)變系統(tǒng)

在研究超聲波頻譜分析系統(tǒng)時(shí)，需要將每個(gè)子系統(tǒng)，如換能器，試件，電路等視為線性非時(shí)變系統(tǒng)。

圖4-1所示是一個(gè)線性非時(shí)變系統(tǒng)，其中x(t)為系統(tǒng)輸入，y(t)為系統(tǒng)輸出。

在線性非時(shí)變系統(tǒng)中

所謂線性，就是要求L是一個(gè)線性運(yùn)算，即

式中，x1和x2是兩個(gè)任意的輸入；c1和c2都是常數(shù)。由此可見(jiàn)，線性非時(shí)變系統(tǒng)( LTI)遵循疊加原理。LTI系統(tǒng)的非時(shí)變性要求

LTI系統(tǒng)的非時(shí)變性體現(xiàn)在：對(duì)于任意輸入x(t)得到輸出y(t)，那么一個(gè)時(shí)間延遲的輸入通過(guò)LTI系統(tǒng)后會(huì)得到延遲同樣時(shí)間的信號(hào) 。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示就是：如果 ，那么 ，H表示系統(tǒng)對(duì)輸入的作用。大多數(shù)超聲波NDE系統(tǒng)可以看成LTI系統(tǒng)，但是在一些超大功率超聲波的應(yīng)用場(chǎng)合中，如超聲波切割，超聲波的非線性行為會(huì)使式(4-1)不成立。

LTI系統(tǒng)的線性體現(xiàn)在：如果對(duì)于給定的LTI系統(tǒng)， 分別代表兩對(duì)輸入和輸出，則當(dāng)輸入為 時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)為

雖然只能近似地將各子系統(tǒng)視為L(zhǎng)TI系統(tǒng)，但正是這種近似模擬的方法，可以定量地用卷積運(yùn)算來(lái)表示系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的作用，還可以引入信號(hào)分解的基本思想。在說(shuō)明這些之前，先要對(duì)一個(gè)基本信號(hào)概念——單位沖激信號(hào)( 函數(shù))加以描述和討論。

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