超聲波頻譜分析系統組成

超聲波頻譜分析技術是基于信號與系統的基本理論。在超聲波頻譜分析過程中，頻譜分析系統的設計可以千差萬別，但這些系統都包括以下三個子系統:①超聲波發射系統，發射超聲波作為整個頻譜分析系統的輸人;②超聲波接收系統，接收通過被檢測對象(通道)的含有介質信息的超聲波;③譜分析系統，對接收到的超聲波進行頻譜分析，可以得到直觀的幅度譜和相位譜。

在超聲波頻譜分析系統中，由脈沖發生電路產生的電脈沖激勵超聲波換能器(探頭),從而產生了超聲波信號。這是一個以電信號為輸入，超聲波換能器為系統，超聲波信號為輸出的過程，本質上是一個電能轉化為機械能的過程。發射超聲波在被研究試件中傳播時，試件與超聲波相互作用，使超聲波發生反射、折射、衰減等物理變化，其中被測試件可作為系統，輸人和輸出均為超聲波信號。接收探頭收到了含有試件信息的超聲波，并將其轉化為電信號。這個電信號就是最終的諧分析系統的輸入，通過信號處理得到頻譜。由于通過試件的超聲波經過換能器后得到的電信號是微弱的，因此在對電信號進行譜分析之前要進行放大。

以上是對通用超聲波頻譜分析系統的概述，若要深人理解這個系統，并在此基礎上研究信號處理方法，需要引入信號與系統的若干概念和方法，并將其應用于頻譜分析中，這對于進行定量無損評價是必不可少的。

線性非時變系統

在研究超聲波頻譜分析系統時，需要將每個子系統，如換能器，試件，電路等視為線性非時變系統。

圖4-1所示是一個線性非時變系統，其中x(t)為系統輸入，y(t)為系統輸出。

在線性非時變系統中

所謂線性，就是要求L是一個線性運算，即

式中，x1和x2是兩個任意的輸入；c1和c2都是常數。由此可見，線性非時變系統( LTI)遵循疊加原理。LTI系統的非時變性要求

LTI系統的非時變性體現在：對于任意輸入x(t)得到輸出y(t)，那么一個時間延遲的輸入通過LTI系統后會得到延遲同樣時間的信號 。用數學表達式表示就是：如果 ，那么 ，H表示系統對輸入的作用。大多數超聲波NDE系統可以看成LTI系統，但是在一些超大功率超聲波的應用場合中，如超聲波切割，超聲波的非線性行為會使式(4-1)不成立。

LTI系統的線性體現在：如果對于給定的LTI系統， 分別代表兩對輸入和輸出，則當輸入為 時，系統的響應為

雖然只能近似地將各子系統視為LTI系統，但正是這種近似模擬的方法，可以定量地用卷積運算來表示系統對輸入信號的作用，還可以引入信號分解的基本思想。在說明這些之前，先要對一個基本信號概念——單位沖激信號( 函數)加以描述和討論。

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