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日志

答复一个提问:关于激励脉冲宽度之惑

热度 20已有 1024 次阅读2014-12-21 21:58

收到一个非常勤奋好学,刻苦钻研的年轻人的一封邮件,现把答复和提问的两个邮件摘录如下:

小L你好!

       我看了你通过邮件发来的听课笔记和你笔记中提到的电子设计工程20107月的文章《基于ARM的超声波发射与控制电路设计》 ,建议你仔细想一想,搞清以下问题:

    1、与尖波激发电路相比,矩形波发射电路是超声激发电路的一项新设计,其优越性包括两个方面,一是可控性好,二是调谐性好;

    2、教材和我的讲课表达得很清楚,所谓可控性是指矩形波宽度可调,通过调节矩形波宽度可以控制超声信号特性:选择半个周期宽度可以得到脉冲长度较长的强信号,选择一个周期宽度可以得到脉冲较短的分辨率高的弱信号。其原理是矩形波的两个边激发的超声波相位是相反的,如果选择半个周期宽度为同相叠加,就能得到强信号;如果选择一个周期宽度为反相叠加,只能得到弱信号。

    3、实际工作中是选择同相叠加还是反相叠加,即矩形波宽度是半个周期还是一个周期,要根据应用目的来选择:有些应用需要高分辨率信号(例如TOFD)就选择反相叠加;有些应用(例如大厚度工件脉冲反射法检测,长距离导波检测等)需要强信号,就选择同相叠加。

    4、《基于ARM的超声波发射与控制电路设计》文章只是针对需要使用强信号的一般超声技术,没有考虑TOFD技术的信号特点,只讨论了同相叠加,没有讨论反相叠加问题。

    5、你所提及的表述探头标称频率与矩形波两个边的相隔时间(宽度)的公式,适用于获得强信号的需求。该公式不具有普适性,对需要高分辨率弱信号的TOFD技术是不适用的。

    6、关于你说的试验结果,我想是不可能的,你在试验过程中肯定有地方搞错了,希望你重新做一下。

    7、还有你提到的《激励脉冲信号对超声波检测的影响》文章,说文中明确指出“2*f*t=1时,方波激励可以获得良好的分辨率及灵敏度。”,从这句话本身就可以看出有问题,对特定条件下得到的超声信号,其分辨率和灵敏度是互相矛盾的,不可兼得,文章作者没有把应用该公式的目的和超声信号的特性参数搞清楚。正如我在上面第五点所说,使用2*f*t=1公式计算,只能得到高灵敏度信号,不能得到高分辨率信号。

                                                 

                                                                                     强天鹏

 

强老师:

近期在北京参加TOFD培训,已经有几个老师给我们讲过课了,讲的非常精彩。第一章是张平老师讲的,最难的第二章和第三章是强老师您亲自讲解的内容。由于第二章和第三章涉及到很多硬件知识、信号数据处理方面的知识,故而我和其它学员理解起来是有一定困难的。有一个问题要向您请教一下:

TOFD超声检测技术(2012版)P73页讲到脉冲宽度时有以下表述:………(略)。

上述的脉冲宽度推荐值和我接受北京邹展麓城Isonic系列TOFD仪器操作培训时的推荐值(梁超和王利均推荐最佳激励脉冲宽度调为标称探头频率的周期一半)不一致。也与我的实际检测检测时调节不一致。在接受TOFD培训时,我就针对激励脉冲宽度调节在远东无损检测论坛上和广大坛友有个一次交流,其中引出电子设计工程20107月的一篇文章《基于ARM的超声波发射与控制电路设计》

http://wenku.baidu.com/link?url=_S7foPeVCSgk7aEwgc9z8kM-rRIMQ3zyDEI7s28ExunKm6RIfYS137bMb97X-H-ijEMObPPLSlBJK8BmCR6a5li-g3MYYU-Uv9-RqjDk18K

根据这篇文章,梁老曾经将详细推导步骤在远东无损论坛的介绍过。同时,梁老指出,该论文当中的脉冲宽度实为激励脉冲宽度,并将其与声脉冲宽度相区别。

激励脉冲宽度和某一标称频率探头之间的匹配关系,即2*f*t=1f为探头标称频率,t为激励脉冲宽度。为了使用方便,我将该公式调整为2*f*t=1000f的单位为MHzt的单位为ns。分别在以色列 Isonic 2007 和中科创新的TOFD设备上调试过,验证了该公式的正确性。并将其结果在远东无损检测上推广,远东论坛坛友杨亚男(笔名糟老头子)在奥林巴斯的仪器上也调试过,同样证明了该公式的正确性和良好适用性。

同时,该公式并非我独创,我只是在网上搜索到一篇文章,找到激励脉冲宽度和标称频率的关系式。该文章发表在冶金分析20109月,题目为《激励脉冲信号对超声波检测的影响》,其中明确提出了2*f*t=1时,方波激励可以获得良好的分辨率及灵敏度。当然,该文当中也提到了TOFD教材类似的表述,即要获得最佳分辨率,激励脉冲宽度应设置为探头标称频率的一个周期。但是在该文的结论部分6.6与一个周期说互相矛盾,显然与前面的描述相违背。

引文地址:http://www.doc88.com/p-235796760759.html

针对激励脉冲宽度在课间与强总您有过简单的交流,我也会在培训完成后,补充一个激励脉冲和探头标称频率的一个实验记录。但是针对TOFD数据文件,只要调取数据当中的频率和激励脉冲宽度,就可以大致知道超声脉冲信号(最佳一周半)对应的激励脉冲宽度。不知道激励脉冲宽度对超声波检测的影响,实际测试是否为一个周期?

电子设计工程上的那篇文献和冶金分析那篇文献互相对应。根据电子设计工程上表述,2ft=3N/π(N=1,2,3……)    N=1       2ft=0.951

N=2       2ft=1.912

N=3       2ft=2.863

……

当取标称频率的一半和一周时,均满足上述公式。

而冶金分析的那篇文献2ft=1到底是否像其结论当中所言,可以获得良好的分辨率及灵敏度,2ft=2>1能否获得最佳分辨率?

希望强总能够给予指导或解惑。

当然教材中的表述“但是在TOFD技术实际的应用中,一个探头包含的频率是有一定范围的,最优的脉冲宽度必须通过试验来获得。试验方法:将底面回波信号波高设置为大约满屏高度的60%,从该探头中心的一个周期开始校准脉冲宽度。但是有时候因为探头频率范围比较大,激励脉冲的宽度对波形的影响并不明显。”采用实验获得还是非常恰当的,既考虑了TOFD探头宽频的特性,也考虑了回波频率相对标称频率下降的实际情况。但校准脉冲宽度似乎从半个周期更好?不知道我的这个想法对不对?

针对教材推荐的脉冲宽度一个周期的推荐,能否将其作出相应修改?激励脉冲宽度对TOFD直通波、底波、波形变换波均有影响,尤其对直通波影响较大。而直通波直接影响TOFD检测盲区及图谱质量。根据教材的相关内容,5MHz的探头,直通波、底波处频率约分别在3MHz2MHz左右,激励脉冲宽度似不宜从一周开始调节。

经过这一段时间对TOFD教材的学习,以前很多不明白的地方,都逐渐清晰起来。感觉自己掌握的只是皮毛,还需要不断的向您学习!由于课上交流时间较少,特向您请教!

                                   小 L


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发表评论 评论 (5 个评论)

回复 liuhonghui 2014-12-22 09:35
一张二级证把很多不平等的东西拉平等了,可能会造成更大的不平等。
回复 梁金昆 2014-12-22 15:35
师生坦诚交流,这样的例子,并不多见,好!!!
回复 ff99998888 2014-12-23 10:17
点赞
回复 wjjxuey 2014-12-25 13:41
非常好,感觉以前学习并没有真正做到带着问题去学习,只是纯粹为了取证而学习,真正去求索还是工作以后遇到了问题之后。。。
回复 假面 2014-12-27 08:51
好文,其中也有我的疑问,给提问者小L点赞

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