基于LabVIEW的時(shí)間反轉(zhuǎn)超聲檢測系統(tǒng)的開發(fā)

李義豐，王菁菁

(南京工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南京　211816)

?

基于LabVIEW的時(shí)間反轉(zhuǎn)超聲檢測系統(tǒng)的開發(fā)

李義豐，王菁菁

(南京工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南京211816)

時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)在超聲無損檢測中的應(yīng)用非常廣泛，它可以忽略介質(zhì)的非均勻性及初始信號(hào)源的位置，能夠在時(shí)間和空間上聚焦超聲波，實(shí)現(xiàn)對介質(zhì)缺陷的聚焦檢測；基于LabVIEW圖形化編程軟件，結(jié)合計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、示波器、超聲換能器、GPIB等的使用，對超聲檢測系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了超聲信號(hào)的發(fā)射、接收以及時(shí)間反轉(zhuǎn)一系列的信號(hào)處理過程；系統(tǒng)工作過程中，采用了3種不同的時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)：經(jīng)典時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)(time reversal：TR)、反向?yàn)V波技術(shù)(inverse filter：IF)及1位處理技術(shù)(1bit processing)，來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的聚焦，其中反向?yàn)V波處理技術(shù)取得的信號(hào)聚焦效果較好，信噪比較低，而運(yùn)用1位時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)可以有效增加聚焦信號(hào)的幅值，使幅值提高3.5 dB左右;實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該系統(tǒng)可以有效的實(shí)現(xiàn)時(shí)間反轉(zhuǎn)超聲檢測過程中對信號(hào)的激勵(lì)、接收、處理和存儲(chǔ)等功能，有良好的精確性和適用性。

時(shí)間反轉(zhuǎn)；LabVIEW；超聲檢測

0　引言

超聲檢測由于所需的設(shè)備簡單，對檢測物體以及環(huán)境沒有污染和危害，是一種應(yīng)用廣泛，使用頻率很高并且在國內(nèi)發(fā)展很快的無損檢測技術(shù)[1-2]。它的檢測原理是：超聲波遇到缺陷時(shí)，聲波會(huì)產(chǎn)生反射、散射等聲學(xué)物理現(xiàn)象，這使得接收信號(hào)在時(shí)間、幅值以及頻率等方面發(fā)生變化，對接收信號(hào)進(jìn)行分析處理，不僅能夠判斷是否存在缺陷，而且能估計(jì)內(nèi)部缺陷的位置和大小等。

在超聲無損檢測發(fā)展的過程中，時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)[3-4](TR)得到了廣泛的應(yīng)用，它是接收端接收到聲源發(fā)射的信號(hào)后，將其進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)處理，再由接收換能器發(fā)射出去，使得再次接受的信號(hào)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)聚焦的技術(shù)，其在很多科技領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如無損檢測(NDT)[5-7]、醫(yī)學(xué)治療與診斷[8]、負(fù)折射成像[9]及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測[10]等。傳統(tǒng)的超聲檢測方法有波長長、頻率低、分辨率低等缺點(diǎn)，適用性較弱；而時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)是一種不需要傳播介質(zhì)和換能器的先驗(yàn)知識(shí)就可以實(shí)現(xiàn)聲波自適應(yīng)聚焦和檢測的方法，它可以忽略介質(zhì)的非均勻性及初始信號(hào)源的位置，而具有在時(shí)間和空間上自動(dòng)聚焦聲波的能力。

由美國國家儀器(NI)公司研制開發(fā)的LabVIEW是一種程序開發(fā)軟件，它是一種圖形化的編程語言，與其他基于文本代碼的編程語言相比，LabVIEW的程序是框圖的形式，使用的時(shí)候更加方便和直觀。本文基于時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)的應(yīng)用，采用LabVIEW圖形化編程語言，對整個(gè)超聲檢測系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對超聲信號(hào)的激發(fā)、接收、反轉(zhuǎn)及聚焦等過程。

1　超聲時(shí)間反轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、同步觸發(fā)器、示波器、超聲探頭等構(gòu)成，系統(tǒng)連接框圖如圖1所示。檢測過程中，任意信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一激勵(lì)信號(hào)，該信號(hào)通過功率放大器放大后，由發(fā)射超聲探頭送入待測介質(zhì)中，之后接收探頭對介質(zhì)中傳播的超聲信號(hào)進(jìn)行檢測，并由示波器對該波形進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)；對接收信號(hào)的時(shí)間反轉(zhuǎn)處理過程由運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上的LabVIEW程序?qū)崿F(xiàn)；反轉(zhuǎn)處理后的信號(hào)再次由超聲發(fā)射探頭傳輸?shù)酱郎y介質(zhì)中，此時(shí)，接收端探頭檢測的信號(hào)將會(huì)是一個(gè)聚焦信號(hào)，此信號(hào)可以在計(jì)算機(jī)及示波器上進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

圖1　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)連接框圖

1.2軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)上述的聚焦檢測過程，可以得出LabVIEW軟件在實(shí)驗(yàn)中的功能主要有兩個(gè)方面：一個(gè)是對信號(hào)發(fā)生器和示波器等硬件進(jìn)行控制，另一個(gè)是對信號(hào)進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)處理并將其再次發(fā)射。

LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)分為前面板和后面板兩個(gè)部分，前面板是圖形用戶界面，也就是虛擬儀器面板，由輸入控制和輸出顯示構(gòu)成。輸入控制是用戶輸入數(shù)據(jù)到程序的接口，而輸出顯示是輸出程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)接口。即將要介紹的軟件前臺(tái)界面或者說操作界面就是LabVIEW程序的前面板，后面板又叫做框圖程序，所有的LabVIEW程序代碼都是由框圖構(gòu)成的，其采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI(虛擬儀器)及函數(shù)的執(zhí)行順序，節(jié)點(diǎn)類似于文本語言程序的語句、函數(shù)或者子程序。LabVIEW有二種節(jié)點(diǎn)類型：函數(shù)節(jié)點(diǎn)和子VI節(jié)點(diǎn)。前面板中的每一個(gè)顯示或者控制都能在后面板中找到與之對應(yīng)的部分。

1.2.1軟件界面

本檢測系統(tǒng)的軟件前臺(tái)界面，整體由4個(gè)部分構(gòu)成：信號(hào)源和時(shí)間反轉(zhuǎn)類型選擇區(qū)、信號(hào)發(fā)射區(qū)、信號(hào)反轉(zhuǎn)區(qū)及波形顯示區(qū)。信號(hào)源和時(shí)間反轉(zhuǎn)類型選擇區(qū)位于界面的上端，可以實(shí)現(xiàn)對信號(hào)源的種類及時(shí)間反轉(zhuǎn)過程進(jìn)行選擇。信號(hào)發(fā)射區(qū)和信號(hào)反轉(zhuǎn)區(qū)分別位于界面的左端和右端，可對信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生信號(hào)的頻率、幅值、偏移量、相位、所加窗函數(shù)的類型進(jìn)行設(shè)置；并可以控制示波器的波形儲(chǔ)存路徑地址，設(shè)置示波器的采樣速率、掃描幅值、掃描頻率、上升時(shí)間等。波形顯示區(qū)位于中間部分，分別顯示超聲時(shí)間反轉(zhuǎn)檢測過程中示波器接收到的4個(gè)波形，第一個(gè)是第一次發(fā)射的激勵(lì)信號(hào)的波形，第二個(gè)是通過待測介質(zhì)傳輸后換能器接收到的信號(hào)波形，第3個(gè)是接收信號(hào)經(jīng)過時(shí)間反轉(zhuǎn)處理后的波形，最后一個(gè)是時(shí)間反轉(zhuǎn)后的信號(hào)再次由信號(hào)發(fā)生器發(fā)射，通過待測介質(zhì)傳輸后示波器接收到的聚焦波形。

1.2.2軟件系統(tǒng)架構(gòu)

在實(shí)現(xiàn)對該超聲檢測系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，除了要完成對硬件系統(tǒng)的連接之外，還需要對軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)的過程中，首先要做的就是實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的架構(gòu)。軟件架構(gòu)描述的對象是直接構(gòu)成系統(tǒng)的抽象組件，各個(gè)組件之間的連接則明確和相對細(xì)致地描述組件之間的通訊，這些抽象組件被細(xì)化為實(shí)際的組件，比如具體某個(gè)類或者對象[11]。

在充分的理解了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的流程以及各個(gè)流程的功能后，按照實(shí)驗(yàn)過程的流程設(shè)計(jì)了軟件的順序結(jié)構(gòu)。各個(gè)流程的功能實(shí)現(xiàn)是由具備各自具體功能的多個(gè)模塊組成，順序結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中不同步驟可以重復(fù)使用這些模塊。圖2所示為本軟件順序結(jié)構(gòu)中的第4個(gè)步驟，即信號(hào)時(shí)間反轉(zhuǎn)之后再次發(fā)射實(shí)現(xiàn)聚焦并在示波器上顯示的這個(gè)步驟，從圖中順序結(jié)構(gòu)的下拉框中可以看到本軟件系統(tǒng)順序結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。采用LabVIEW的順序結(jié)構(gòu)化編程，清楚的顯示了信號(hào)處理的先后順序，使得編程的思路更加清晰。

圖2　軟件順序結(jié)構(gòu)中的第4個(gè)步驟

在系統(tǒng)軟件開發(fā)的過程中，除了采用順序結(jié)構(gòu)的編程方式外，還充分運(yùn)用模塊化程序設(shè)計(jì)的理念和思想，進(jìn)行功能單元的模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)的目的是為了降低程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)等操作簡單化。根據(jù)模塊化編程的思想，軟件的各功能模塊相互合作組成軟件的整體，并且可以根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行模塊的組合搭配；一個(gè)模塊如果進(jìn)行細(xì)分還能分解成幾個(gè)有各自具體功能的子模塊，很多子模塊都將在軟件系統(tǒng)的不同功能處多次重復(fù)使用。本文將按照順序結(jié)構(gòu)的順序，對軟件的各個(gè)步驟、各個(gè)功能子模塊進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1.2.3信號(hào)激勵(lì)

信號(hào)激勵(lì)模塊的第一個(gè)子模塊是信號(hào)源模塊，系統(tǒng)檢測過程中提供了兩種激勵(lì)信號(hào)源，一種是單一脈沖信號(hào)(如正弦脈沖信號(hào))，另一種是線性調(diào)頻脈沖信號(hào)，如圖3所示。兩種激勵(lì)信號(hào)的選擇可以在前臺(tái)界面的信號(hào)源及時(shí)間反轉(zhuǎn)類型選擇區(qū)來完成。前面板中設(shè)置的信號(hào)頻率、幅值、偏移量、相位等參數(shù)的后臺(tái)控件都在這里，這些設(shè)置在這里控制一個(gè)LabVIEW中的信號(hào)發(fā)生器VI。

圖3　單一脈沖信號(hào)激勵(lì)源　　　圖4　線性調(diào)頻脈沖激勵(lì)源

提供兩種信號(hào)源的原因是單一脈沖信號(hào)源所攜帶的能量比較低，在實(shí)驗(yàn)過程中，經(jīng)過待測介質(zhì)傳輸后接收到的信號(hào)較弱，這將導(dǎo)致比較差的信噪比。線性調(diào)頻脈沖激發(fā)技術(shù)解決了這些問題，線性調(diào)頻脈沖激發(fā)技術(shù)的原理是對發(fā)射的寬帶調(diào)頻(FM)脈沖，在相位和振幅等方面進(jìn)行校正和補(bǔ)償，使換能器輸入較小的峰值功率而得到較大的信噪比[12]，提高了信號(hào)聚焦的能量，并且對信號(hào)的各種衰減有很強(qiáng)的魯棒性[13]。實(shí)驗(yàn)中分別用這兩種信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用線性調(diào)頻脈沖信號(hào)可以有效提高信號(hào)的聚焦能量和信噪比，其聚焦信號(hào)幅值增益為12 dB[14]。而為了降低信號(hào)的時(shí)域旁瓣，我們需要引入第二個(gè)子模塊——窗函數(shù)模塊，為信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)加一個(gè)窗口函數(shù)，可以選擇漢寧窗、海明窗、高斯窗等對超聲波激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。

要構(gòu)成完整的信號(hào)激勵(lì)模塊，最后還需要加入一個(gè)控制計(jì)算機(jī)與示波器相連接，使得軟件能過操控硬件的模塊，如圖5所示。只有加入這個(gè)模塊，才能直接通過軟件設(shè)置信號(hào)發(fā)生器上的一系列參數(shù)，并對信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行控制，而不用手動(dòng)去直接操作信號(hào)發(fā)生器。上述3個(gè)子模塊相互作用一起工作，共同構(gòu)成完整的信號(hào)激勵(lì)模塊，如圖6所示，左下方為信號(hào)源子模塊，下方中間部分為窗函數(shù)子模塊，右上方為控制計(jì)算機(jī)與硬件相連接的模塊。

圖5　控制信號(hào)發(fā)生器與軟件相連的子模塊

圖6　信號(hào)激勵(lì)模塊

1.2.4示波器控制及波形存儲(chǔ)

完成對示波器操作的控制模塊如圖7所示，用戶可以直接在軟件前臺(tái)界面設(shè)置示波器的采樣精度、掃描幅值、信號(hào)觸發(fā)、等待時(shí)間等，同時(shí)，波形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)路徑也是在這里設(shè)置。

在該超聲時(shí)間反轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)中，波形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是以數(shù)組的形式保存的：首先要記錄第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)采集時(shí)的時(shí)間，然后把每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與鄰近數(shù)據(jù)點(diǎn)的相同間隔時(shí)間記為t，并把每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的幅值(y坐標(biāo))以數(shù)組的形式存儲(chǔ)起來。

圖7　示波器控制模塊

1.2.5時(shí)間反轉(zhuǎn)模塊

檢測系統(tǒng)工作的過程中提供了3種不同類型的時(shí)間反轉(zhuǎn)處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的反轉(zhuǎn)：經(jīng)典的時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)、1位處理技術(shù)和反向?yàn)V波技術(shù)。不同時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)的選擇可以由前臺(tái)界面中的信號(hào)源及時(shí)間反轉(zhuǎn)類型選擇區(qū)的設(shè)置來完成。

經(jīng)典時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)是指將信號(hào)在時(shí)域上取反之后，在對應(yīng)的信號(hào)發(fā)生端重新發(fā)射的過程，是聲互易性原理的應(yīng)用之一，可以使能量在時(shí)間和空間上聚焦，并實(shí)現(xiàn)在聲源位置的信號(hào)重構(gòu)[15]。由于超聲時(shí)間反轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候采用數(shù)組的方式保存數(shù)據(jù)，所以要實(shí)現(xiàn)時(shí)域上的時(shí)間反轉(zhuǎn)就要將原數(shù)組轉(zhuǎn)置(將數(shù)組第一個(gè)元素放到最后一個(gè)，第二個(gè)放到倒數(shù)第二個(gè)，依此類推)。

經(jīng)典時(shí)間反轉(zhuǎn)模塊的程序圖如圖8所示。

圖8　經(jīng)典時(shí)間反轉(zhuǎn)模塊

第二種處理技術(shù)是1位時(shí)間反轉(zhuǎn)處理技術(shù)，在經(jīng)典時(shí)間反轉(zhuǎn)的過程中，接收信號(hào)的瞬時(shí)幅值將被做時(shí)反處理并重新發(fā)射出去，而1位時(shí)間反轉(zhuǎn)則不同，其按照接收信號(hào)的正負(fù)極性，時(shí)間反轉(zhuǎn)的信號(hào)將被置為±1：如果信號(hào)為正極性則置為+1，如果信號(hào)值為負(fù)極性則置為-1。也就是說在1位時(shí)間反轉(zhuǎn)過程中，我們只保留信號(hào)的相位信息，而舍棄了它的幅值信息[14]。在程序中，我們要依次將示波器接收到的信號(hào)數(shù)組中的每一個(gè)數(shù)字與0比較大小，大于0的置為+1，小于0的置為-1，將這些數(shù)字重新構(gòu)成一個(gè)新的數(shù)組，這樣就實(shí)現(xiàn)了1位處理技術(shù)。運(yùn)用1位時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)，可以增加聚焦信號(hào)的幅值，1位時(shí)間反轉(zhuǎn)處理的程序圖如圖9所示。

圖9　1位時(shí)間反轉(zhuǎn)處理

第3種處理技術(shù)是反向?yàn)V波技術(shù)。反向?yàn)V波(IF)技術(shù)的實(shí)質(zhì)是對系統(tǒng)的模態(tài)能量進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理，其對反轉(zhuǎn)過程中所有的固有模態(tài)進(jìn)行加權(quán)，所得到的線性加權(quán)組合信號(hào)將作為發(fā)射信號(hào)在信號(hào)激勵(lì)端再次發(fā)射，再次得到的信號(hào)就是聚焦信號(hào)。與傳統(tǒng)的時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)相比，反向?yàn)V波處理技術(shù)所得的信號(hào)聚焦效果更好，信噪比更高，這是由于系統(tǒng)中可能存在一些能量很弱的模態(tài)，時(shí)間反轉(zhuǎn)處理技術(shù)并沒有辦法利用到這些模態(tài)，而反向?yàn)V波技術(shù)不同，它的聚焦過程利用到了系統(tǒng)所有的固有模態(tài)[16]。圖10為反向?yàn)V波的程序框圖。

圖10　反向?yàn)V波技術(shù)

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用該超聲檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我們分別采用兩種信號(hào)激勵(lì)源和3種不同的時(shí)間反轉(zhuǎn)處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)的聚焦檢測，聚焦信號(hào)波形如圖11所示。其中，圖(a)為采用激勵(lì)信號(hào)源是頻率為500 kHz的2周期正弦脈沖信號(hào)，聚焦過程為經(jīng)典時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)(TR)，而得到的聚焦信號(hào)波形；圖(b)和(c)為激勵(lì)信號(hào)源為周期T為100 μs，上下限截止頻率為200 kHz和1 200 kHz的調(diào)頻脈沖激發(fā)信號(hào)，信號(hào)反轉(zhuǎn)技術(shù)分別為1位時(shí)間反轉(zhuǎn)(1 Bit)技術(shù)和反向?yàn)V波(IF)技術(shù)而得到的聚焦信號(hào)波形。從中可以看出，運(yùn)用1位時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)可以有效增加聚焦信號(hào)的幅值，幅值提高3.5 dB左右；而反向?yàn)V波處理技術(shù)所得的信號(hào)聚焦效果最好，具有非常小的信噪比。

圖11聚焦信號(hào)波形(a)經(jīng)典時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦(b)1位時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦(c)反向?yàn)V波聚焦

3　結(jié)論

本文從硬件平臺(tái)組成及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面介紹了超聲檢測系統(tǒng)的構(gòu)建，并給出了時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦的信號(hào)波形。系統(tǒng)的硬件由計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、同步觸發(fā)器、示波器、超聲探頭等按照功能需要連接而成。在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們基于LabVIEW的開發(fā)環(huán)境，采用了順序結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并按照模塊設(shè)計(jì)的思想完成了信號(hào)激勵(lì)模塊、示波器控制及波形存儲(chǔ)模塊以及時(shí)間反轉(zhuǎn)模塊的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該系統(tǒng)能夠有效的實(shí)現(xiàn)信號(hào)的聚焦檢測。

[1]朱曉恒，高曉蓉，王黎，等. 超聲探傷技術(shù)在無損檢測中的應(yīng)用[J]. 測控技術(shù)，2010，21：112-116.

[2] 李大勇, 高桂麗, 董靜薇. 非線性聲學(xué)和時(shí)間反轉(zhuǎn)聲學(xué)在材料缺陷識(shí)別中的應(yīng)用現(xiàn)狀評述[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2009， 45(1): 1-8.

[3] Fink M, Cassereau D, Derode A, et al. Time-reversal acoustics[J]. Report on Progress in Physics, 2000, 63: 1933-1995.

[4] Bou Matar O,Li Y F, Van Den Abeele K. On the use of a chaotic cavity transducer in nonlinear elastic imaging[J]. Applied Physics Letter, 2009, 95(14): 141913.

[5] Robert J L, Fink M. Spatio-temporal invariants of the time reversal operator[J]. Journal of the Acoustical Society of America. 2010, 127(5): 2904-2912.

[6] Quan L, Liu X Z, Gong X F. Nonlinear Nonclassic acoustic method for detecting the location of cracks[J]. Journal of Applied Physics. 2012, 112(5): 054906.

[7] Burrows S E, Dutton B, Dixon S. Laser Generation of Lamb Waves for Defect Detection: Experimental Method and Finite Element Modeling[J]. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2012, 42(1): 82-89.

[8] Olbricht W, Sistla M, Ghandi G, et al. Time-reversal acoustics and ultrasound-assisted convection-enhanced drug delivery to the brain[J]. Journal of the Acoustical Society of America. 2013, 134(2): 1569-1577.

[9] Pendry J B. Time reversal and negative refraction[J]. Science. 2008, 322: 71-73.

[10] Harley J, Donoughue N, Moura J M F, et al. Time reversal focusing for pipeline structural health monitoring[J]. Journal of the Acoustical Society of America. 2009, 126(2): 2197-2203.

[11] 張純，張敬周，宋俊典. 基于本體的軟件密集型系統(tǒng)架構(gòu)知識(shí)管理研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2011，32(6)：2050-2053.

[12] 廉德欽，何常德，苗靜，等. 線性調(diào)頻脈沖發(fā)聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 壓電與聲光, 2013, 35(1)：151-154.

[13] Misaridis T, Jensen J A. Use of modulated excitation signals in medical ultrasound. Part I. Basic concepts and expected benefits[J]. IEEE Trans. Ultrason, Ferroelect, Freq.Contr., 2005, 52(2): 177-191.

[14] 李義豐，姜卓. 混沌腔體換能器在非線性彈性檢測中的應(yīng)用[J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，2012，37(1)：74-80.

[15] 鄧菲. 基于時(shí)間反轉(zhuǎn)的單通道管道導(dǎo)播檢測新方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2011，47(6)：17-21.

[16] 李義豐，Bou Matar O，李寶順. 混沌腔體換能器在反向?yàn)V波彈性檢測中的應(yīng)用及其仿真研究[J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，2014，39(4)：459-466.

Design of Time Reversal Ultrasonic Detection System Based on LabVIEW

Li Yifeng，Wang Jingjing

(College of Computer Science and Technology,Nanjing Tech University,Nanjing211816, China)

The application of time reversal technique in ultrasonic nondestructive testing is very extensive, which can focus ultrasonic waves in time and space and realize a flaw detection, regardless of the position of the initial source and of the heterogeneity of the medium. In this paper, with the combined application of LabVIEW, signal generator, oscilloscope, ultrasound transducer and GPIB, an acoustic detect testing system has been constructed which achieves some functions including signal generation, acquisition, time reversal processing, and so on. When the test system is working, three different kinds of time-reversal techniques can be chosen to focus the ultrasonic signal: Time Reversal (TR), Inverse Filter (IF) and 1Bit Processing (1 B).The technique of Inverse Filter (IF) has the best ability of localization and a lowest signal to noise ratio in the three techniques.The technique of 1Bit Processing can effectively increase the amplitude of the focusing signal,the amplitude can increase about 3.5 dB.The experiment results have verified that in the process of ultrasonic nondestructive testing the system can realize some functions: signal generation, acquisition, procession and storage and it has good accuracy and adaptability.

LabVIEW ; time reversal; ultrasonic testing

2015-08-09；

2015-09-16。

國家自然科學(xué)基金(61571222)。

李義豐(1976-)，男，江蘇人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事超聲無損檢測、聲人工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向的研究。

王菁菁(1987-)，男，江蘇泰興人，碩士研究生，主要從事超聲無損檢測方向的研究。

1671-4598(2016)01-0074-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.01.020

TP319

A