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

所谓线性，就是要求L是一个线性运算，即

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

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通过LTI系统后会得到延迟同样时间的信号 。用数学表达式表示就是：如果 ，那么 ，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， 分别代表两对输入和输出，则当输入为 时，系统的响应为

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( 函数)加以描述和讨论。

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