用于弹性测量的超声波探测装置和系统的制作方法_2

文档序号:8853035阅读:来源:国知局
高数据读取的速度。数据存储器5与控制器4连接,用于存储控制器4发送的测量数据、以及控制器4处理后的测量数据等。此外,数据存储器5还具有缓存功能,当控制器4来不及处理某些测量数据时可以暂存于数据存储器5内,空闲时控制器4从数据存储器5中取出测量数据进行处理,再发送给数据存储器5存储。这样可以加快控制器4的处理速度,当控制器4忙时,缓存数据;当控制器4空闲时,取出之前缓存的数据进行处理。数据存储器5中的数据可以在预设周期内或实时地由无线收发器6传输到外部设备分析、计算、存储,从而不影响该超声波探测装置的有限存储空间,加快装置的处理效率。
[0037]本实施例通过将超声波换能器、超声波收发单元、低频发生单元、控制器、数据存储器、无线收发器等集成为一体,从而解决了线缆长距离传输对测量数据精度的干扰,同时该装置具有便携性,方便操作者调整探测的角度和位置,保证了测量的准确度。
[0038]图3为本实用新型用于弹性测量的超声波探测装置实施例二的结构示意图;如图3所示,在实施例一的基础上,进一步地,超声波探测装置具有多个超声波换能器1,多个超声波换能器I横向排列为一维阵列(如图3所示),或,多个超声波换能器I横、纵向排列为二维阵列。
[0039]具体的,超声波束特性直接影响超声图像的清晰度和对比度,当超声波换能器I为单个时,单个超声波换能器I用于测量弹性介质中的某一条线上的超声波辐射声场;当超声波换能器I为多个时,η个超声波换能器I排列为一条线,形成一维阵列,获得平面辐射声场;η个超声波换能器I在横纵向排列,形成二维阵列,获得空间辐射声场,即三维辐射声场。
[0040]图4a为本实用新型用于弹性测量的超声波探测装置实施例三的结构示意图;如图4a所示,在上述实施例的基础上,进一步地,低频发生单元3包括:低频脉冲发生器31、放大器32 ;低频脉冲发生器31与控制器4连接;放大器32的一端与低频脉冲发生器31连接,用于放大低频脉冲发生器31产生的低频电信号;放大器32的另一端与超声波换能器I连接,以使超声波换能器I发出低频脉冲剪切波。
[0041]具体的,低频脉冲发生器31可以由正弦信号发生器电路构成,也可以是任何能够发出正弦低频激励信号的电路板,如微型声卡,低频脉冲发生器31的具体构成由本领域技术人员根据现有发生器自行设计,本申请对此不作限定。低频脉冲发生器31所产生的低频信号频率及振幅由控制器4控制,通常信号频率为20?5000Hz,优选的,低频信号频率50Hz ;放大器能把低频脉冲发生器31低频信号进行功率放大,使超声波换能器I以低频脉冲的声辐射力形式激发弹性介质,在弹性介质中产生振动剪切波。
[0042]或者,采用其他形式获得剪切波,图4b为本实用新型用于弹性测量的超声波探测装置实施例三的另一结构示意图;如图4b所示,在上述实施例的基础上,低频发生单元3包括:低频振动驱动单元33、电机34 ;电机34与低频振动驱动单元33连接;低频振动驱动单元33与控制器4连接,用于接收控制器4的驱动信号以使电机34脉动机械运动。
[0043]图5为本实用新型用于弹性测量的超声波探测装置实施例四的结构示意图,如图5所示,在上述实施例的基础上,进一步地,无线收发器6包括无线通信单元61、数据处理单元62 ;数据处理单元62分别与数据存储器5、控制器4连接,或者数据处理单元62与控制器4连接,用于对数据信息进行加密、压缩处理;无线通信单元61与数据处理单元62连接,无线通信单元61为WiFi模块,或蓝牙模块,或数据传输电台,或GPRS单元。无线收发器6将数据信息进行加密可以保证数据信息在空中传输的安全性,压缩则可以保证数据包的完整性,且占用通信信道资源少,传输速度快。无线通信单元61、数据处理单元62均由控制器4控制工作。
[0044]进一步地,超声波收发单元2、低频发生单元3、控制器4、数据存储器5、无线收发器6设置在柔性电路板上。柔性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性,绝佳的可挠性印刷电路板,且具有可弯折性。将超声波收发单元2、低频发生单元3、控制器4、数据存储器5、无线收发器6设置在柔性电路板上可以减小该超声波探测装置的体积、重量、厚度等,使其便携性好。此外,为了进一步减小超声波探测装置的体积、重量、厚度等,各个电路板间可以采用排线连接,和/或采用电路板连接针将各个电路板层叠对插连接。进一步地,超声波收发单元2、低频发生单元3、控制器4、数据存储器5、无线收发器6的各个电路板外设置有屏蔽罩。以减少各个电路板间的电磁干扰,提高装置的测量精度。
[0045]此外,该装置还包括:电源、充电装置;电源为控制器4、数据存储器5和无线收发器6供电;电源可以是无线供电也可以是电池。充电装置负责对电源进行充电,充电装置可以是连接到市电就可以进行充电的方式,也可以是无线充电方式。通过装置内设电源且可充电,使得该装置可以方便在野外、战地和震区等无法提供市电的地区进行工作。进一步地,控制器4可以包括:现场可编程门阵列FPGA,或数字信号处理DSP、或ARM处理器、或单片机等,优选的,EP3C55的FPGA。此外,控制器4还可以用于,当测量结果异常,超出预设区间,则向操作者发送报警信息,可提醒操作者是否存在操作不当,导致测量结果异常。
[0046]本实施例通过将超声波换能器、超声波收发单元、低频发生单元、控制器、数据存储器、无线收发器等集成为一体,从而解决了线缆长距离传输对测量数据精度的干扰,同时该装置具有便携性,方便操作者调整探测的角度和位置,保证了测量的准确度;进一步通过多个超声波换能器阵列排列,保证了超声波图像的清晰度;通过柔性电路板及屏蔽罩的设置,保证了装置更加小型化、轻便化,从而方便操作者实施测量。
[0047]图6为本实用新型用于弹性测量的超声波探测系统实施例一的结构示意图;如图6所示,该系统包括处理器7、显示装置8、上述任一所述的超声波探测装置;处理器7用于接收无线收发器6发送的数据信息,并对数据信息进行分析生成超声波分析图像;显示装置8与处理器7连接,用于显示超声波分析图像。
[0048]具体的,无线收发器6直接或间接从数据存储器5中读取数据信息,并无线传输到处理器7,处理器7再对数据信息进行分析,如应用弹性计算方法对超声波测量数据进行分析计算得出被测弹性介质的弹性模量,生成超声波分析图像。分析计算后的测量结果及超声波分析图像可由显示装置8显示给操作者。
[0049]图7为本实用新型使用图2?图5任一装置的用于弹性测量的超声波探测方法实施例一的流程图。如图7所示,该方法可使用上述任一超声波探测装置实现,用于弹性测量的超声波探测方法,包括:
[0050]步骤101、控制器接收用户指令,控制低频发生单元产生低频脉冲剪切波;在预设时间后,控制器控制超声波收发单元产生超声波。
[0051]具体的,超声波用于对剪切波进行传播参数的测量,如剪切波速度、剪切波模量、剪切波衰减、剪切波弹性和剪切波粘性等,以使超声波收发单元获得测量数据。预设时间为低频脉冲剪切波进入到弹性介质后距离超声波产生的时间间隔,预设时间可由技术人员自行设定。
[0052]步骤102、控制器接收超声波收发单元发送的测量数据;控制器对测量数据进行处理,并发送测量数据、处理后的测量数据到数据存储器。
[0053]步骤103、控制器控制无线收发器读取数据存储器内的数据信息,以使无线收发器无线传输数据信息到外部处理显示装置。
[0054]具体的,超声波收发单元接收回波信号,并将该回波信号作为测量数据发送给控制器,控制器对测量数据处理,如滤波提取有用数据并转换成预设数据格式等。控制器会将各个阶段的数据发送给数据存储器保存,如控制器接收到的测量数据、数据处理后的测量数据等,此外,数据存储器具有缓存功能,当控制器来不及处理某些测量数据时可以暂存于数据存储器内,空闲
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