超声收发仪透射模式Δt为何出现在2Δt位置

在超声透射模式中，接收信号中出现的Δt（时间差）位于发射信号时间位置的2倍处，这一现象通常由以下原因导致，需结合超声波传播路径和系统特性进行分析：

1. 反射回波干扰（主要成因）

• 问题描述：
  在透射模式下，若被测样品较薄或探头间距较近，超声波可能在样品内多次反射（如底面反射），导致接收探头不仅收到直接透射波（路径①），还会收到反射后的透射波（路径②）。

• 路径①（直接透射）：发射→样品→接收，时间 $t_1=\frac{d}{V}$（$d$为样品厚度，$V$为声速）。

• 路径②（反射+透射）：发射→样品→底面反射→样品→接收，时间 $t_2=\frac{3d}{V}\approx 3t_1$。

• 2倍时间现象：
  实际中，若系统存在电路延迟或探头固有响应时间，可能导致第一个有效信号被掩盖，而第二次反射波（$3t_1$）被误判为“透射信号”，此时观察到的Δt可能接近 $2t_1$（如电路延迟补偿后）。

2. 探头或系统延迟

• 硬件延迟：
  超声收发仪的发射电路、接收放大器或数字处理可能引入固定延迟（如触发延迟、滤波处理时间）。若延迟时间与超声波穿透时间相近，可能导致显示时间偏移。

• 示例：
  若穿透时间 $t_1=10\mu s$，系统延迟 $t_{\text{delay}}=10\mu s$，则显示时间 $t_{\text{display}}=t_1+t_{\text{delay}}=20\mu s$（表现为2倍关系）。

3. 模式混淆（透射与反射模式混合）

• 误操作可能：
  若系统误设为反射模式（单探头工作），但实际使用双探头透射，接收信号可能包含：

• 此时显示的Δt为反射时间 $\frac{2d}{V}$，恰为透射时间 $\frac{d}{V}$的2倍。

1. 发射探头直接耦合到接收探头的电磁串扰（时间极短）。

2. 样品底面反射波（时间 $\frac{2d}{V}$），被误认为透射信号。

4. 样品多次反射的谐波效应

• 高频信号叠加：
  在薄板样品中，超声波多次反射会形成驻波或叠加信号。若系统带宽有限，可能将二次谐波或混叠信号误判为透射波，导致时间测量偏移。

解决方案与验证步骤

1. 检查信号路径：

• 确保接收探头仅接收直接透射波，遮挡可能的反射路径（如样品边缘贴吸声材料）。

2. 校准系统延迟：

• 使用已知声速的标准样品（如有机玻璃）测量，对比理论值与实测值，修正系统延迟。

3. 调整探头间距：

• 增加探头与样品的距离，避免直接电磁耦合干扰。

4. 切换模式验证：

• 改用反射模式单独测量样品厚度，验证时间差是否与透射模式存在2倍关系。

示例计算

假设：

• 样品厚度 $d=20\text{ mm}$，声速 $V=4000\text{ m/s}$。

• 理论透射时间：

  $$t_1=\frac{d}{V}=\frac{20\times 10^{-3}}{4000}=5\mu s$$

• 观测到的时间差：

• 若为反射模式：$t_{\text{refl}}=\frac{2d}{V}=10\mu s$（2倍关系）。

• 若为反射+系统延迟：$t_{\text{obs}}=t_1+t_{\text{delay}}=5+5=10\mu s$。

总结

Δt出现在2倍时间位置，通常源于反射信号干扰或系统延迟误补偿。需通过以下步骤排查：

1. 确认是否为纯透射模式（排除反射信号）。

2. 校准硬件延迟（使用标准样品）。

3. 优化实验布局（减少多重反射）。
   若问题持续，建议检查设备说明书或联系厂商确认信号处理算法是否存在默认时间缩放。