УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СКАНЕР ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ

Предложенная полезная модель предназначена для определения формы отражающей поверхности в воздухе с помощью ультразвуковых волн с разрешением порядка длины волны.
Известно устройство «Низкопрофильный ультразвуковой контрольный сканер» (Патент РФ № 2514153, МПК G01N29/07, опубл. 10.04.2013). Устройство состоит из линейной решётки излучателей и единственного приёмника. Сканирование пространства осуществляется путём перемещения устройства по исследуемому объекту и за счёт активной фазированной решётки излучателей. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности параллельной оцифровки измеряемых сигналов, поскольку применяется единственный приёмник. Другим недостатком является необходимость физической фокусировки сигналов в исследуемом объёме с помощью решётки излучателей.
Известно устройство позволяющее визуализировать неоднородности в воздухе «Ультразвуковой томограф» (Патент РФ № 144100, МПК G01N29/06, опубл. 10.08.2014). Устройство содержит перпендикулярные линейные решетки излучателей и приемников для зондирования среды широкополосными ультразвуковыми сигналами, сущность которого заключается в том, что в каждый момент времени излучает только один элемент решетки излучателей, в то же время вся приемная решетка принимает рассеянный сигнал. За счет мультиплексирования элементов в приемной и излучающей решетках обеспечивается зондирование среды всеми возможными комбинациями излучателей и приемников. Обработка данных зондирования методом пространственно – согласованной фильтрации позволяет восстанавливать трехмерные изображения рассеивающих неоднородностей. Недостаток известного устройства состоит в том, что требуется использование решетки излучателей, что усложняет систему, а также расстояние между крайними элементами излучающей и приемной решеток слишком велико, что не обеспечивает равномерного уровня сигнала на области сканирования.
Наиболее близким является известное устройство позволяющее визуализировать неоднородности в воздухе «Сканирующая микрофонная решётка для ультразвуковой томографии» (Патент РФ № 154007, МПК G01N29/06, опубл. 10.08.2015). Устройство относится к области техники «Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн, визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы: визуализация внутреннего строения объекта, например акустическая микроскопия». Данное устройство представляет собой линейную микрофонную решётку, установленную на механическое сканирующее устройство. В центре микрофонной решётки располагается излучатель широкополосного ультразвукового сигнала. Микрофонная решётка подключена к многоканальному аналого-цифровому преобразователю микроконтроллера, который передаёт оцифрованные сигналы в устройство обработки и визуализации. Излучаемый сигнал генерируется с помощью аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, подключенного через усилитель к излучателю. Путём обработки оцифрованных сигналов методом пространственно-согласованной фильтрации восстанавливается трёхмерное изображение исследуемого объекта.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является возможность восстановления формы зондируемой поверхности при наличии эффекта доплеровского уширения спектра сигнала, благодаря непрерывным измерениям при пространственном сканировании решётками ультразвуковых датчиков.
Поставленная задача решена тем, что в качестве излучателя используется синфазная линейная решётка излучателей, обеспечивающая формирование цилиндрической волны, а в качестве приёмника используется линейная решётка микрофонов, с подкаченным к ним через мультиплексоры многоканальным цифро-аналоговым преобразователям, позволяющим производить непрерывную оцифровку сигналов с каждого микрофона в процессе пространственного сканирования.
На фиг. 1 изображена схема устройства «Ультразвуковой сканер формы поверхности».
Устройство содержит: Линейную решётку синфазных ультразвуковых излучателей 1; линейную решётку микрофонов 2 (количество микрофонов определяется требуемой шириной сканирования поверхности); микроконтроллер 3, оснащённый генератором на основе цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП); устройство обработки и визуализации 4, например, компьютер.
Устройство работает следующим образом.
Для включения устройства необходимо подать питание на микроконтроллер, и на решётку микрофонов.
Микроконтроллер 3 генерирует зондирующий сигнал, который поступает на линейную решётку ультразвуковых излучателей 1. Сигнал от излучателя падает на исследуемую поверхность и рассеивается, рассеянный сигнал принимается микрофонной решеткой 2. С микрофонов сигнал параллельно через систему мультиплексирования поступает на многоканальный аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера 4. Микроконтроллер передаёт оцифрованные данные в устройство обработки и визуализации 4. Излучающая решётка ориентирована параллельно приёмной решётке и сдвинута относительно неё на некоторое постоянное расстояние вдоль оси сканирования.
Система линейных решёток и излучателей перемещается в пространстве над исследуемой поверхностью в направлении перпендикулярном ориентации линейных решёток. После завершения сканирования заранее выбранного участка поверхности, в устройстве 4 производится восстановление формы зондируемой поверхности, после чего на экране устройства обработки и визуализации появляется изображение исследуемого объекта.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключаются в следующем: Устройство более простой конструкции позволяет восстанавливать форму зондируемой поверхности при наличии эффекта доплеровского уширения спектра сигнала, благодаря непрерывным измерениям при пространственном сканировании решётками ультразвуковых датчиков.