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超声波频谱分析系统组成和线性非时变系统

返回列表 来源: 发布日期: 2022.12.07

超声波频谱分析系统组成

超声波频谱分析技术是基于信号与系统的基本理论。在超声波频谱分析过程中,频谱分析系统的设计可以千差万别,但这些系统都包括以下三个子系统:①超声波发射系统,发射超声波作为整个频谱分析系统的输人;②超声波接收系统,接收通过被检测对象(通道)的含有介质信息的超声波;③谱分析系统,对接收到的超声波进行频谱分析,可以得到直观的幅度谱和相位谱。


在超声波频谱分析系统中,由脉冲发生电路产生的电脉冲激励超声波换能器(探头),从而产生了超声波信号。这是一个以电信号为输入,超声波换能器为系统,超声波信号为输出的过程,本质上是一个电能转化为机械能的过程。发射超声波在被研究试件中传播时,试件与超声波相互作用,使超声波发生反射、折射、衰减等物理变化,其中被测试件可作为系统,输人和输出均为超声波信号。接收探头收到了含有试件信息的超声波,并将其转化为电信号。这个电信号就是最终的谐分析系统的输入,通过信号处理得到频谱。由于通过试件的超声波经过换能器后得到的电信号是微弱的,因此在对电信号进行谱分析之前要进行放大。


以上是对通用超声波频谱分析系统的概述,若要深人理解这个系统,并在此基础上研究信号处理方法,需要引入信号与系统的若干概念和方法,并将其应用于频谱分析中,这对于进行定量无损评价是必不可少的。


线性非时变系统

在研究超声波频谱分析系统时,需要将每个子系统,如换能器,试件,电路等视为线性非时变系统。

图4-1所示是一个线性非时变系统,其中x(t)为系统输入,y(t)为系统输出。




在线性非时变系统中


江门超声波


所谓线性,就是要求L是一个线性运算,即


江门超声波


式中,x1和x2是两个任意的输入;c1和c2都是常数。由此可见,线性非时变系统( LTI)遵循叠加原理。LTI系统的非时变性要求


江门超声波


LTI系统的非时变性体现在:对于任意输入x(t)得到输出y(t),那么一个时间延迟的输入05通过LTI系统后会得到延迟同样时间的信号06 。用数学表达式表示就是:如果07 ,那么08 ,H表示系统对输入的作用。大多数超声波NDE系统可以看成LTI系统,但是在一些超大功率超声波的应用场合中,如超声波切割,超声波的非线性行为会使式(4-1)不成立。


LTI系统的线性体现在:如果对于给定的LTI系统,09 分别代表两对输入和输出,则当输入为10 时,系统的响应为11


虽然只能近似地将各子系统视为LTI系统,但正是这种近似模拟的方法,可以定量地用卷积运算来表示系统对输入信号的作用,还可以引入信号分解的基本思想。在说明这些之前,先要对一个基本信号概念——单位冲激信号(12 函数)加以描述和讨论。



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