。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
[0028]如图1所示，本发明的实施例包括包括脉冲发生器、超声波换能器、信号处理器、光弹系统、信号放大电路；
[0029]所述脉冲发生器输出脉冲信号驱动超声波换能器，同时输出与所述脉冲信号同步的方波信号驱动信号处理器；所述超声波换能器将脉冲发生器输出的脉冲信号转换成超声波，垂直入射到所述光弹系统的透明试块中，作为被观测信号；
[0030]如图2所示，所述光弹系统由在光路上自左至右依次设置的LED光源1、第一凸透镜2、第一偏振片3、第一 1/4波片4、第二 1/4波片5、第二偏振片6、第二凸透镜7构成，所述第一 1/4波片4和第二 1/4波片5之间的距离足够容纳由光弹性材料制成的透明试块8 ；
[0031]所述LED光源，发出成像光束，输入到所述光弹系统的第一凸透镜2中，第一凸透镜2将点光源转为平行光，通过第一偏振片3输出平面偏振光场，第一 1/4波片4将平面偏振光场转为圆偏振光场，施加到透明试块8上，第二 1/4波片5和第二偏振片6用于将圆偏振光场转为平行光，通过第二凸透镜7聚焦成像，当超声波换能器9产生的超声波作用于透明试块8时，能够在第二凸透镜7 —侧观察到超声波在透明试块中产生的光弹图样；
[0032]所述信号处理器由所述方波信号触发，输出正脉冲信号，送到信号放大电路；所述信号放大电路对正脉冲信号进行幅值放大，驱动所述LED光源。
[0033]本实施例中:
[0034]脉冲发生器选用汕头超声电子股份有限公司的CTS-8077PR型脉冲发生器。该脉冲发生器的脉冲频率、幅值和重复频率可调，便于针对不同的超声波信号进行成像研宄。
[0035]超声波换能器选用汕头超声电子股份有限公司生产的型号为2.5P10的超声波换能器，超声波换能器的频率须与脉冲发生器输出的脉冲信号的频率保持一致，将所述超声发射模块输出的脉冲信号转换成需要的超声波信号；
[0036]信号处理器选用睿智研发公司生产的ALTERA FPGA开发板，通过Verilog语言编程来控制声光延时和脉冲宽度。
[0037]信号放大电路选用IXDD415SI作为驱动芯片，通过将芯片的两路输出信号并联使峰值电流最大可以达到30A，使其完全满足驱动LED的要求。该芯片不但可以在不改变脉宽的基础上进行幅值放大，并且还可以对输出信号进行整形。
[0038]LED光源的选用主要考虑响应时间，本实施例要求其响应时间为ns级，可选用白光或红光等高亮度LED，本实例中选用Nichia公司的510D系列5mm白色LED。
[0039]所述信号处理器控制流程如图3所示，利用脉冲发生器产生的同步方波信号的上升沿产生一个脉宽极窄的正脉冲信号，并进行延时处理，这种状态保持一段时间后，改变LED光源与超声波换能器的驱动脉冲信号之间的相对延时时间，即可进行下一位置的观测。
[0040]通过调整信号处理器中的延时时间参数T，能够观察到超声波在透明试块中任意位置的光弹图样。
[0041]本实施例中，所述信号处理器进行下述操作:
[0042](I)设置延时时间参数T = Ous,设置单次延时间隔总数Nci= 750，置单次延时间隔计数参数N = 0，设置单次延时值Ttl= 50ns，置系统输出变量P = 0，设置输出信号脉宽计数参数M = 0，设置输出信号脉宽计数值Mtl= 5 ;
[0043](2)检测到脉冲发生器输出的方波信号的上升沿，延时T后，置P = 1，开始输出正脉冲信号；
[0044](3)将M+1的值赋予M ；
[0045](4)判断是否M = M0,是则进行过程(5)，否则转过程(3);
[0046](5)置P = 0，完成一次正脉冲信号输出；
[0047](6)判断是否N = N0,是则置N = 0，转过程(7)，否则将N+1的值赋予N，转过程
(2)；
[0048](7)判断是否继续工作，是则将T+^的值赋予T，转过程⑵，否则结束。
【主权项】
1.一种超声波传播过程可视化装置，包括脉冲发生器、超声波换能器、信号处理器、光弹系统、信号放大电路，其特征在于: 所述脉冲发生器输出脉冲信号驱动超声波换能器，同时输出与所述脉冲信号同步的方波信号驱动信号处理器；所述超声波换能器(9)将脉冲发生器输出的脉冲信号转换成超声波，垂直入射到所述光弹系统的透明试块中，作为被观测信号； 所述光弹系统由在光路上自左至右依次设置的LED光源(1)、第一凸透镜(2)、第一偏振片(3)、第一 1/4波片(4)、第二 1/4波片(5)、第二偏振片(6)、第二凸透镜(7)构成，所述第一 1/4波片和第二 1/4波片之间的距离足够容纳由光弹性材料制成的透明试块(8)； 所述LED光源，发出成像光束，输入到所述光弹系统的第一凸透镜(2)中，第一凸透镜(2)将点光源转为平行光，通过第一偏振片(3)输出平面偏振光场，第一 1/4波片(4)将平面偏振光场转为圆偏振光场，施加到透明试块⑶上，第二 1/4波片(5)和第二偏振片(6)用于将圆偏振光场转为平行光，通过第二凸透镜(7)聚焦成像，当超声波换能器(9)产生的超声波作用于透明试块(8)时，能够在第二凸透镜(7) —侧观察到超声波在透明试块中产生的光弹图样； 所述信号处理器由所述方波信号触发，输出正脉冲信号，送到信号放大电路；所述信号放大电路对正脉冲信号进行幅值放大，驱动所述LED光源。
2.如权利要求1所述的超声波传播过程可视化装置，其特征在于: 所述信号处理器进行下述操作: (1)设置延时时间参数T= Ous?20us，根据透明试块(8)中超声波波前位置距超声波换能器的距离确定，距离越大，T值越大，设置单次延时间隔总数Ntl为大于500的整数，置单次延时间隔计数参数N = 0，设置单次延时值Tci= 1ns?100ns，置系统输出变量P =.0，设置输出信号脉宽计数参数M = 0，设置输出信号脉宽计数值Mtl= I?5 ; (2)检测到脉冲发生器输出的方波信号的上升沿，延时T后，置P=1，开始输出正脉冲信号; (3)将M+1的值赋予M； (4)判断是否M= M0,是则进行过程(5)，否则转过程(3); (5)置P= 0，完成一次正脉冲信号输出； (6)判断是否N= N0,是则置N = 0，转过程(7)，否则将N+1的值赋予N，转过程⑵； (7)判断是否继续工作，是则将T+Td^值赋予T，转过程(2)，否则结束。
【专利摘要】一种超声波传播过程可视化装置，属于光测弹性力学领域，克服现有光弹仪只能满足静态光弹观测、只能部分显示超声波在固体中的传播特性或者不能实时控制的问题，用于观测固体中超声波传播成像。本发明包括脉冲发生器、超声波换能器、信号处理器、光弹系统、信号放大电路，与现有技术相比，本发明可以实现超声波激励和LED光源的同步控制，可以实现对LED光源频闪时间、驱动脉宽和幅值的调节，并能够在每次延时保留一段时间后自动改变延时时间，能够定量观测一个周期内超声波的传播。
【IPC分类】G01H9-00
【公开号】CN104614063
【申请号】CN201510058052
【发明人】轩建平, 陈磊, 李新亮, 王飞橙, 李锐, 翟康
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月4日