嵌入式系统/ARM技术中的浅谈嵌入式非金属超声无损检测系统研究
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2020-10-22
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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的浅谈嵌入式非金属超声无损检测系技术中的浅谈嵌入式非金属超声无损检测系
统研究统研究
1 前言 超声波科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声
波频率为20～20000Hz。当声波的振动频率大于20KHz或小于20Hz时，我们便听不见了。因此，我们把频率高
于20000赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫兹。它方向性好，穿透能力强，
易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石、杀菌消毒等。在医学、
军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名 超声波在介质中传
播时， 遇到不同介质的界面就将产生反射、折射、绕射和衰减等现象。超声检测技术就是利用超声
1 前言前言
超声波科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为20～
20000Hz。当声波的振动频率大于20KHz或小于20Hz时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超
声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫兹。它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离
远，可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限
大约等于人的听觉上限而得名
超声波在介质中传播时， 遇到不同介质的界面就将产生反射、折射、绕射和衰减等现象。超声检测技术就是利用超声波
在介质中的传播特性（声速、衰减、反射、声阻抗等） 来实现对非声学量（如缺陷、厚度、密度、强度、硬度、流量、液位
等） 的测定。非金属超声检测仪主要用于混凝土的无损检测[1], 也可用于木材、塑料、橡胶、石墨、碳素纤维、陶瓷等材料的
物理性能测量。
目前， 非金属超声检测仪主要为晶体管、集成电路混合式模拟仪器， 采用CRT 示波管作为显示器， 具有简单实用、直
观、超声波形实时性好等特点， 但体积大且笨重， 功耗高， 无法实现各种检测工艺的选择调用， 也没有自动测读、存储、打
印、传输等数字化处理功能， 因而不适应当今用户的实际检测应用和数据库管理需求。可以预期，具有体积小、耗能低、应
用灵活、功能强大、可靠性强等诸多优点的嵌入式主控技术的应用将引起非金属超声检测仪向超小型手持化发展。
本文首先讨论了超声检测的原理，并分析了超声技术在混凝土检测的机理和应用方法[2，3]，采用ARM9嵌入式芯片做为
主控制芯片，配合高精度数据采集系统、LCD液晶显示模块等设计的非金属超声检测分析仪。该仪器集超声波发射、同步接
收、声参量自动检测、数据分析处理、结果实时显示、数据存储与输出等功能于一身，具有体积小，功耗低等优点，十分具有
应用前景。
2 超声波检测的基本原理超声波检测的基本原理
超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、
测距、遥控和超声成像技术。超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术 。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦
在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电
接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成
像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金
中不同组分的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术，其原理与
光波的全息术基本相同，只是记录手段不同而已（见全息术）。用同一超声信号源激励两个放置在液体中的换能器，它们分别
发射两束相干的超声波：一束透过被研究的物体后成为物波，另一束作为参考波。物波和参考波在液面上相干叠加形成声全息
图，用激光束照射声全息图，利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应而获得物的重现像，通常用摄像机和电视机作实时
观察。
在弹性介质内某一点，由于某种原因而引起初始扰动或振动时，这一扰动或振动将以波的形式在弹性介质内传播，形成弹
性波。声波是弹性波的一种，若视岩土和混凝土介质为弹性体，则声波在岩土和混凝土介质中的传播服从弹性波传播规律。
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