專利名稱：超聲波探頭性能偵測及補償裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種超聲波檢測，且特別是有關(guān)于一種超聲波探頭性能偵測及補償裝置與方法。
背景技術(shù)：
在非破壞性檢測當(dāng)中，常應(yīng)用超聲波掃描器來發(fā)射超聲波，并接收反射此超聲波產(chǎn)生的回波訊號，以進行檢測。超聲波探頭內(nèi)具有精密的超聲波陣元，用以偵測掃描訊號的強度，但超聲波陣元的性能會因使用狀況、時間增加而逐漸損耗，因而必須調(diào)整參數(shù)以符合超聲波檢測的要求。然而，目前超聲波掃描器只有調(diào)整超聲波發(fā)射器的訊號強度及增益，以彌補回波訊號衰退而失真的問題，但無法偵測衰退的程度，且無法針對個別的超聲波陣元的性能進行補償，因而無法使失真的訊號回復(fù)到正常值，有待進一步改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有關(guān)于一種超聲波探頭性能偵測及補償裝置與方法，具有自行偵測及補償?shù)墓δ?，以使訊號值回?fù)到正常。根據(jù)本發(fā)明一方面，提出一種超聲波探頭性能偵測及補償裝置，包括超聲波接收器、類比-數(shù)位轉(zhuǎn)換器、時間差補償電路、比對電路以及偵測電路。超聲波接收器用以接收由超聲波探頭發(fā)送的超聲波的回波訊號，以得到一組掃描訊號，超聲波探頭包含多個超聲波陣元，此組掃描訊號對應(yīng)此些超聲波陣元。類比-數(shù)位轉(zhuǎn)換器用以接收此組掃描訊號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)位形式的超聲波掃描資訊。時間差補償電路根據(jù)超聲波發(fā)送時的時間差補償此組掃描訊號，以得到掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊。比對電路連接時間差補償電路，用以比對掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊是否符合出廠性能測試值。偵測電路連接比對電路，用以判斷探 頭中各個超聲波陣元的衰退程度是否在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，若是，則進入補償模式，以補償受損的其中的掃描訊號。在一個優(yōu)選的實施例中，該偵測電路包括均值補償單元，用以接收該受損的掃描訊號的相鄰兩側(cè)未受損的至少兩個掃描訊號，并以該至少兩個未受損的掃描訊號的平均值作為該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，其中該受損的掃描訊號的衰退程度低于出廠測試性能的70%以下時，該偵測電路以該至少兩個未受損的掃描訊號的平均值取代該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，該偵測電路包括線性回歸補償單元，用以計算該組掃描訊號的回歸函數(shù)中對應(yīng)于該受損的掃描訊號的回歸值，并以該回歸值作為該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，其中該受損的掃描訊號的衰退程度低于出廠測試性能的70%以下時，該偵測電路以該受損的掃描訊號的回歸值取代該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，其中該偵測電路包括增益補償單元，用以放大該受損的掃描訊號的增益值，以補償該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，其中該受損的掃描訊號的衰退程度高于出廠性能測試的70%以上時，該偵測電路以放大該受損的掃描訊號的增益值的方式，放大該受損的掃描訊號的訊號值。 在一個優(yōu)選的實施例中，還包括使用者介面，連接該偵測電路，其中當(dāng)該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度在該可補償?shù)姆秶鷥?nèi)時，以該使用者介面顯示該復(fù)數(shù)個超聲波陣元的損壞程度，而當(dāng)該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度超過該可補償?shù)姆秶鷷r，以該使用者介面顯示該復(fù)數(shù)個超聲波陣元無法使用或失效。根據(jù)本發(fā)明一方面，提出一種超聲波探頭性能偵測及補償方法，包括下列步驟。接收由超聲波探頭發(fā)送的超聲波的回波訊號，以得到一組掃描訊號，超聲波探頭包含多個超聲波陣元，此組掃描訊號對應(yīng)此些超聲波陣元。根據(jù)超聲波發(fā)送時的時間差補償此組掃描訊號，以得到掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊。比對掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊是否符合出廠性能測試值。判斷探頭中各個超聲波陣元的衰退程度是否在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，若是，則進入補償模式，以補償受損的其中的掃描訊號。在一個優(yōu)選的實施例中，該進入該補償模式包括接收該受損的掃描訊號的相鄰兩側(cè)未受損的至少兩個掃描訊號，并以該至少兩個未受損的掃描訊號的平均值作為該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，該受損的掃描訊號的衰退程度低于出廠測試性能的70%以下時，以該至少兩個未受損的掃描訊號的平均值取代該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，該進入該補償模式包括計算該組掃描訊號的回歸函數(shù)中對應(yīng)于該受損的掃描訊號的回歸值，并以該回歸值作為該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，該受損的掃描訊號的衰退程度低于出廠測試性能的70%以下時，以該受損的掃描訊號·的回歸值取代該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，該進入該補償模式包括放大該受損的掃描訊號的增益值，以補償該受損的掃描訊號的強度。在一個優(yōu)選的實施例中，該受損的掃描訊號的衰退程度高于出廠性能測試的70%以上時，該偵測電路以放大該受損的掃描訊號的增益值的方式，放大該受損的掃描訊號的訊號值。在一個優(yōu)選的實施例中，當(dāng)該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度在該可補償?shù)姆秶鷥?nèi)時，還包括以使用者介面顯示該復(fù)數(shù)個超聲波陣元的損壞范圍，而當(dāng)該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度超過該可補償?shù)姆秶鷷r，還包括以該使用者介面顯示該復(fù)數(shù)個超聲波陣元無法使用或失效。本發(fā)明實施例中的超聲波探頭性能偵測及補償裝置與方法，可偵測到各個超聲波陣元接收的掃描訊號是否衰退，并可補償訊號值，因此在不需更換超聲波探頭的情況下，仍能繼續(xù)使用超聲波探頭，以節(jié)省成本。為了對本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下:


圖1為本發(fā)明一實施例的超聲波探頭性能測試系統(tǒng)的示意圖；圖2-圖4為不同實施方式的訊號補償單元的示意圖；圖5為本發(fā)明一實施例中偵測結(jié)果顯示在使用者介面上的示意圖。
具體實施例方式本實施例的超聲波探頭性能偵測及補償裝置，可自行偵測各個超聲波陣元的性能，若各個超聲波陣元的衰退程度在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，則進行軟件補償或以可編程邏輯陣列電路來補償。例如:當(dāng)偵測到超聲波陣元接收的掃描訊號衰退時，對此超聲波陣元做增益補償，以放大掃描線上相對應(yīng)受損的掃描訊號的訊號值；或是當(dāng)偵測到超聲波陣元接收的掃描訊號衰退時，統(tǒng)計所有超聲波陣元的訊號強度，由回歸曲線求得相對應(yīng)受損的掃描訊號的回歸值，以作為此受損的掃描訊號的訊號值?；蚴牵?dāng)偵測到超聲波陣元接收的掃描訊號衰退時，計算相鄰兩側(cè)未受損的至少兩個掃描訊號，并以至少兩個未受損的掃描訊號的平均值作為此受損的掃描訊號的訊號值。以下為提出實施例進行詳細(xì)說明，實施例僅用以作為范例說明，并非用以限縮本發(fā)明欲保護的范圍。圖1示出為本發(fā)明一實施例的超聲波探頭性能測試系統(tǒng)100的示意圖。在圖1中，超聲波探頭110包含多個超聲波陣元111，每一個超聲波陣元111為一個轉(zhuǎn)能器，用以將高頻脈沖產(chǎn)生器輸出的脈沖電壓訊號轉(zhuǎn)換成機械震蕩的超聲波，而傳送入檢測物(圖中未示出)內(nèi)。接著，再將檢測物內(nèi)反射此超聲波產(chǎn)生的回波訊號轉(zhuǎn)換成脈沖電壓訊號，并輸出至超聲波接收器121，以使超聲波接收器121得到一組掃描訊號Vscan。本實施例可對任何形式的超聲波探頭110進行性能測試，例如線性陣列的超聲波探頭、相位陣列的超聲波探頭或其他型態(tài)的超聲波探頭。一旦發(fā)現(xiàn)各個超聲波陣元111接收到的回波訊號，相對于出 廠性能測試的測試值127明顯衰退時，則進行性能補償，以回復(fù)其應(yīng)有的數(shù)值。以下簡略介紹性能測試的流程:首先，在測試用的容器內(nèi)裝滿水或其他介質(zhì)，將超聲波探頭110固定在容器(圖中未示出)的上方，并使超聲波探頭110面對位于容器底部的反射板112。啟動測試軟件，并選擇準(zhǔn)備測試的超聲波探頭110的型號及規(guī)格，以讀取出廠設(shè)定的性能參數(shù)及測試值127。進行性能測試，得到測試報告，以分析超聲波探頭110的性能，例如脈沖訊號的寬度及中心頻率等參數(shù)。接著，比對超聲波探頭110所得到的脈沖訊號是否符合出廠設(shè)定的測試值127，若是，則表示超聲波探頭110所得到的訊號值在容許范圍內(nèi)，若未符合出廠設(shè)定的測試值127，則需對訊號值進行補償。請參照圖1，超聲波探頭性能偵測及補償裝置120包括超聲波接收器121、類比-數(shù)位轉(zhuǎn)換器122、時間差補償電路123、比對電路124以及偵測電路125。超聲波接收器121用以接收由超聲波探頭110發(fā)送的一超聲波的回波訊號，以得到一組掃描訊號Vscan。此組掃描訊號Vscan表不掃描線上不同位置所傳回的掃描訊號Vscan，也就是超聲波探頭110上對應(yīng)各個超聲波陣元111所得到的訊號值。類比-數(shù)位轉(zhuǎn)換器122用以接收此組掃描訊號Vscan，并轉(zhuǎn)換成數(shù)位形式的超聲波掃描資訊，以得知超聲波探頭110上對應(yīng)各個超聲波陣元111所得到的訊號值。時間差補償電路123用以接收同一時間所得到的超聲波掃描資訊，但因各個超聲波陣元111是在不同時間點依序發(fā)送超聲波，故時間差補償電路123必須根據(jù)超聲波發(fā)送時的時間差，補償同一時間所得到的掃描訊號Vscan，才能得到掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊。在一個實施例中，時間差補償電路123可包括插值器以及時間排比器，利用數(shù)值內(nèi)差演算以及時間排比，得到相對于掃描線上各個掃描訊號Vscan的訊號值。比對電路124連接時間差補償電路123，用以比對掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊是否符合出廠性能測試值127。例如:比對掃描訊號Vscan的寬度及中心頻率等參數(shù)，若符合出廠設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，表示超聲波探頭110所得到的訊號值在容許范圍內(nèi)，若未符合出廠設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，則需對訊號值進行補償。偵測電路125連接比對電路124，用以判斷超聲波探頭110中各個超聲波陣元111的衰退程度是否在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，若是，則進入補償模式，以補償受損的其中的掃描訊號Vscan。此外，偵測電路125更可連接使用者介面126，以顯示偵測的結(jié)果。上述的比對電路12 4與偵測電路125例如以現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)電路來實現(xiàn)，但不以此為限，本實施例亦可使用軟件來模擬上述的比對電路124及偵測電路125，利用軟件補償?shù)姆绞綄κ軗p的掃描訊號Vscan進行補償。請參照圖2 圖4，以下介紹數(shù)種訊號補償單元的實施方式。在圖2中，偵測電路125包括均值補償單元131，用以接收受損的掃描訊號Vscan-1的相鄰兩側(cè)未受損的至少兩個掃描訊號Vscan-2及Vscan-3,并以至少兩個未受損的掃描訊號Vscan_2及Vscan_3的平均值作為受損的掃描訊號Vscan-1的訊號值。舉例來說，相鄰的三個掃描訊號中有一個損壞，以相鄰兩側(cè)未受損的兩個掃描訊號的平均值作為受損的掃描訊號的訊號值。若相鄰的五個掃描訊號中有兩個或三個損壞，以相鄰兩側(cè)未受損的二或三個掃描訊號的平均值作為受損的掃描訊號的訊號值。依此類推，只要在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，利用均值補償?shù)姆绞娇墒褂嵦栔祷貜?fù)到正常。在圖3中，偵測電路125包括線性回歸補償單元132，用以計算所有掃描訊號Vscan的回歸函數(shù)中對應(yīng)于受損的掃描訊號Vscan-1的回歸值，并以此回歸值作為受損的掃描訊號Vscan-1的訊號值。因此，利用線性回歸補償?shù)姆绞娇墒褂嵦栔祷貜?fù)到正常。在一個實施例中，當(dāng)受損的掃描訊號Vscan-1的衰退程度低于出廠測試性能的70%以下時，較佳以均值補償或回歸補償?shù)姆绞饺〈軗p的掃描訊號Vscan-1的訊號值，如此得到的補償效果明顯提升。在另一個實施例中，當(dāng)受損的掃描訊號Vscan-1的衰退程度不明顯，例如高于出廠測試性能的70%以上時，較佳以增益補償?shù)姆绞椒糯笫軗p的掃描訊號Vscan-1的訊號值，使訊號值回復(fù)到正常。如圖4所示，偵測電路125包括增益補償單元133，用以放大受損的掃描訊號Vscan-1的增益值，得到放大增益值，以補償受損的掃描訊號Vscan-1的訊號值，進而實現(xiàn)以放大該受損的掃描訊號的增益值的方式，放大該受損的掃描訊號的訊號值。由上述的說明可知，本發(fā)明可利用均值補償、回歸補償或增益補償?shù)姆绞絹砭唧w實現(xiàn)超聲波探頭性能偵測及補償方法，其各個步驟包括:步驟1:接收由超聲波探頭110發(fā)送的超聲波的回波訊號，以得到一組掃描訊號Vscan，此組掃描訊號Vscan —對一對應(yīng)所有超聲波陣元111 ;步驟2:根據(jù)超聲波發(fā)送時的時間差補償組掃描訊號Vscan，以得到掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊；步驟3:比對掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊是否符合出廠性能測試值127 ；步驟4:判斷超聲波探頭110中各個超聲波陣元111的衰退程度是否在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，若是，則進入補償模式，以補償受損的其中的掃描訊號Vscan-1。此外，請參照圖5，其示出偵測結(jié)果顯示在使用者介面126上的示意圖。偵測結(jié)果大致上可分為提醒、警告及失效的三個等級，用以顯示各個超聲波陣元111的狀態(tài)。例如:以黃色顯示區(qū)塊代表提醒，以紅色顯示區(qū)塊代表警告，以黑色顯示區(qū)塊代表失效。當(dāng)偵測到第N個陣元損壞或衰退時，根據(jù)偵測的結(jié)果就顯示第N個顯示區(qū)塊為黃色、紅色或黑色。超聲波陣元111的數(shù)量不限，例如為M個(M為64 256)，當(dāng)偵測到各個超聲波陣元111的衰退程度還在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，以使用者介面126顯示此些超聲波陣元111的損壞程度。當(dāng)偵測到各個超聲波陣元111的衰退程度超過可補償?shù)姆秶鷷r，以使用者介面126顯示此些超聲波陣元111無法使用或失效。因此，使用者可根據(jù)顯示的偵測結(jié)果，來判斷是否繼續(xù)使用或更換超聲波探頭110。上述實施例所揭露的超聲波探頭性能偵測及補償裝置與方法，可偵測到各個超聲波陣元接收的掃描訊號是否衰退，并可補償訊號值，因此在不需更換探頭的情況下，仍能繼續(xù)使用超聲波探頭，以節(jié)省成本。綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護 范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種超聲波探頭性能偵測及補償裝置，其特征在于該裝置包括: 超聲波接收器，用以接收由超聲波探頭發(fā)送的超聲波的回波訊號，以得到一組掃描訊號，該超聲波探頭包含復(fù)數(shù)個超聲波陣元，該組掃描訊號對應(yīng)該復(fù)數(shù)個超聲波陣元； 類比-數(shù)位轉(zhuǎn)換器，用以接收該組掃描訊號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)位形式的超聲波掃描資訊； 時間差補償電路，根據(jù)該超聲波發(fā)送時的時間差補償該組掃描訊號，以得到掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊； 比對電路，連接該時間差補償電路，用以比對該掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊是否符合出廠性能測試值；以及 偵測電路，連接該比對電路，用以判斷該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度是否在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，若是，則進入補償模式，以補償受損的掃描訊號。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于該偵測電路包括均值補償單元，用以接收該受損的掃描訊號的相鄰兩側(cè)未受損的至少兩個掃描訊號，并以該至少兩個未受損的掃描訊號的平均值作為該受損的掃描訊號的訊號值。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于其中該受損的掃描訊號的衰退程度低于出廠測試性能的70%以下時，該偵測電路以該至少兩個未受損的掃描訊號的平均值取代該受損的掃描訊號的訊號值。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于該偵測電路包括線性回歸補償單元，用以計算該組掃描訊號的回歸函數(shù)中對應(yīng)于該受損的掃描訊號的回歸值，并以該回歸值作為該受損的掃描訊號的訊號值。
5.如權(quán)利要求4所述 的裝置，其特征在于其中該受損的掃描訊號的衰退程度低于出廠測試性能的70%以下時，該偵測電路以該受損的掃描訊號的回歸值取代該受損的掃描訊號的訊號值。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于其中該偵測電路包括增益補償單元，用以放大該受損的掃描訊號的增益值，以補償該受損的掃描訊號的訊號值。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于其中該受損的掃描訊號的衰退程度高于出廠性能測試的70%以上時，該偵測電路以放大該受損的掃描訊號的增益值的方式，放大該受損的掃描訊號的訊號值。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括使用者介面，連接該偵測電路，其中當(dāng)該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度在該可補償?shù)姆秶鷥?nèi)時，以該使用者介面顯示該復(fù)數(shù)個超聲波陣元的損壞程度，而當(dāng)該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度超過該可補償?shù)姆秶鷷r，以該使用者介面顯示該復(fù)數(shù)個超聲波陣元無法使用或失效。
9.一種超聲波探頭性能偵測及補償方法，其特征在于該方法包括: 接收由超聲波探頭發(fā)送的超聲波的回波訊號，以得到一組掃描訊號，該超聲波探頭包含復(fù)數(shù)個超聲波陣元，該組掃描訊號對應(yīng)該復(fù)數(shù)個超聲波陣元； 根據(jù)該超聲波發(fā)送時的時間差補償該組掃描訊號，以得到掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊； 比對該掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊是否符合出廠性能測試值；以及 判斷該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度是否在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，若是，則進入補償模式，以補償受損的掃描訊號。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該進入該補償模式包括接收該受損的掃描訊號的相鄰兩側(cè)未受損的至少兩個掃描訊號，并以該至少兩個未受損的掃描訊號的平均值作為該受損的掃描訊號的訊號值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于該受損的掃描訊號的衰退程度低于出廠測試性能的70%以下時，以該至少兩個未受損的掃描訊號的平均值取代該受損的掃描訊號的訊號值。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該進入該補償模式包括計算該組掃描訊號的回歸函數(shù)中對應(yīng)于該受損的掃描訊號的回歸值，并以該回歸值作為該受損的掃描訊號的訊號值。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于該受損的掃描訊號的衰退程度低于出廠測試性能的70%以下時，以該受損的掃描訊號的回歸值取代該受損的掃描訊號的訊號值。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該進入該補償模式包括放大該受損的掃描訊號的增益值，以補償該受損的掃描訊號的強度。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于該受損的掃描訊號的衰退程度高于出廠性能測試的70%以上時，該偵測電路以放大該受損的掃描訊號的增益值的方式，放大該受損的掃描訊號的訊號值。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于當(dāng)該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度在該可補償?shù)姆秶鷥?nèi)時，還包括以使用者介面顯示該復(fù)數(shù)個超聲波陣元的損壞范圍，而當(dāng)該超聲波探頭中各個超聲波陣元的衰退程度超過該可補償?shù)姆秶鷷r，還包括以該使用者介面顯示該復(fù)數(shù)個超聲波陣元無法使用或失效。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超聲波探頭性能偵測及補償裝置與方法，該裝置包括超聲波接收器、類比-數(shù)位轉(zhuǎn)換器、時間差補償電路、比對電路以及偵測電路。超聲波接收器用以接收由超聲波探頭發(fā)送的超聲波的回波訊號，以得到一組掃描訊號。時間差補償電路根據(jù)超聲波發(fā)送時的時間差補償此組掃描訊號。比對電路用以比對掃描線上不同位置的超聲波掃描資訊是否符合出廠性能測試值。偵測電路用以判斷探頭中各個超聲波陣元的衰退程度是否在可補償?shù)姆秶鷥?nèi)，若是，則進入補償模式，以補償受損的其中的掃描訊號。本發(fā)明中的超聲波探頭性能偵測及補償裝置與方法在不需更換探頭的情況下，仍能繼續(xù)使用超聲波探頭，以節(jié)省成本。
文檔編號G01N29/24GK103245731SQ20131015110
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者陳巨強, 劉芳斌, 張?zhí)谜?申請人:蘇州佳世達(dá)電通有限公司, 佳世達(dá)科技股份有限公司