缺陷散射对相控阵超声全聚焦成像的影响研究

相控阵超声全聚焦成像充分利用了检测信号,具有成像精度高、可进行缺陷识别等特点,是未来最具应用前景的相控阵成像算法之一。然而,目前相控阵超声全聚焦成像仍不能实现缺陷的高分辨率成像,无法对缺陷进行准确的定性、定量分析。为此,采用有限元仿真相控阵传感器的全阵列采集(FMC)过程,在全矩阵数据的基础上设计全聚焦成像程序,对圆孔和裂纹两种典型缺陷进行TFM成像,研究典型缺陷的TFM成像规律,从缺陷散射的角度分析影响相控阵超声全聚焦成像的因素。结果表明,实际检测中相控阵超声传感器只能接收到缺陷的部分散射信息,而相控阵超声在缺陷处的散射场分布与缺陷的类型、尺寸、角度及入射波类型、入射角度等因素有关,因此能否接收到缺陷散射的主要能量是影响全聚焦成像精度的关键。     

超声相控阵阵列参数的建模与优化

声束聚焦是相控阵超声区别于普通超声的主要特点之一,本文在二维相控阵辐射声场的基础上仿真了三维辐射声场,并研究了不同的中心频率、阵元间距和阵元数对焦斑和焦深的影响及对横向分辨率和纵向分辨率的影响,结果表明合适的换能器参数对换能器探头的设计具有一定的研究意义.     

幅度加权相控参量阵波束合成方法研究*

在基于均匀幅度加权模型完成波束偏转时,参量阵差频波存在波瓣展宽以及生成高强度旁瓣与栅瓣的问题。首先通过理论仿真及实验测试,对该加权模式下的差频波波束合成结果以及旁瓣与栅瓣的抑制情况进行了分析;然后提出了基于道尔-切比雪夫幅度加权模型的相控参量阵波束赋形方法,通过仿真分析与实验测试,发现道尔-切比雪夫幅度加权模型比均匀幅度加权模型具有更好的旁瓣抑制能力。采用该方式生成的差频波波束宽度在不同偏转角下均有明显减小;主瓣与栅瓣强度差值增加,栅瓣得到有效抑制。该方法的提出对于提高相控参量阵波束质量具有积极意义。     

超声相控阵平面与曲面反射波仿真

超声相控阵无损检测是近年来发展起来的新技术.模拟相控阵阵列探头,利用单个晶片依次激发、所有晶片接收的方法,研究平面和弧面反射波组的变化规律.通过MATLAB仿真得到了多组单发全收的波形组图,与真实波形对比,波形趋势吻合.由此证明仿真方法可行,对检测成像有意义.     

相控阵超声后处理成像技术研究、应用和发展

相控阵超声后处理成像技术采用离线计算的方式对超声回波数据进行分析,实现缺陷的成像及评价,与基于实时成像的常规相控阵超声检测技术相比,成像更清晰,缺陷表征能力更强。近年来,相控阵超声后处理成像技术逐渐成为研究热点,国内外相关学者相继建立全聚焦成像、向量全聚焦成像、波数域成像和时间反转成像等一系列基于全矩阵数据的后处理成像算法,检测精度及缺陷表征尺寸极限取得了很大突破。为此,从全矩阵数据的基础理论出发,介绍基于虚拟聚焦思想和频域反演思想的相控阵超声后处理典型成像算法的基本原理、技术特点、研究进展及应用现状,总结当前发展存在的问题和不足,预测相控阵后处理成像技术的未来发展。     

超声相控阵发射声场的计算与分析研究

建立了单探头和相控阵的发射声场计算模型,并以线性相控阵为例,讨论了相控阵探头的各种参数对相控阵发射声场的影响,对定量研究超声相控阵和超声相控阵技术的应用奠定了理论基础。     

基于FPGA的超声相控阵发射系统设计

为了实现水下超声成像系统中超声信号的相控阵发射,提出并设计了一种基于FPGA的超声相控阵发射系统。分析了相控聚焦的发射原理,利用FPGA丰富的I/O引脚和内部逻辑资源实现了八通道超声相控阵激励信号的发射,并设计了信号调理电路对激励信号进行D/A转换及放大,以有效驱动压电换能器。通过实验测试表明,该系统可以实现超声信号的相控聚焦发射,相控延时精度达到2.5 ns,发射信号稳定,系统集成度高,可以应用于水下超声成像的实现。     

基于超声相控阵技术的粘接性能检测研究

介绍超声相控阵技术的基本原理、特点及换能器的分类。通过研制的超声相控阵检测系统对复合材料的粘接性能实现检测,说明了超声相控阵技术在检测复合材料粘接性能上的应用及前景。     

小型超声相控阵检测系统的研制

以研制便携式超声相控阵检测仪为目标,概述超声相控阵原理及检测系统的工作机理和系统组成。设计高度集成的高压脉冲发射模块、信号接收及处理模块、通道切换模块。研制了单输入、包含正负高压的多路输出电源模块。对系统小型化、数字化进行重点研究。研究表明,系统除了具有传统超声相控阵检测系统的特点外,体积更小,使用更方便。     

相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法及其校准研究

相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据的虚拟聚焦后处理成像技术,因其具有精度高、算法灵活等优点成为近年来的研究热点。为了解决该算法在楔块耦合检测模式下的校准问题,介绍全矩阵数据及全聚焦成像算法的基本概念,通过对所存在问题的分析,建立双层介质的能量衰减模型;从指向性、透射和扩散三个方面分析声束传播路径上的能量衰减,计算衰减校准系数,提出基于校准的改进算法;分别采用未校准、平方根校准和自建模型校准的三种全聚焦算法对B型相控阵标准试块进行检测成像试验,从试验结果可以看出,平方根校准的算法能适当修正大声程的能量衰减,而自建模型校准的算法对于大声程、大偏转角的能量衰减都有较好的改善,使图像的能量更加均匀;此外,相比未校准和平方根校准,自建模型校准的算法具有更大的检测角度范围,有能力检测出大偏转角的缺陷。研究工作表明,校准后的全聚焦成像算法能够扩大检测角度范围、改善图像的能量均匀性,检测漏检率及缺陷定量误差得到有效降低。     

A Parametric Study of Beam Steering for Ultrasonic Linear Phased Array Transducer

All the parameters of a linear phased array may affect the performance and cost of the ultrasonic inspection system. The characteristic of the acoustic field for an array transducer is the most important factor whether the echo information of the inspected area in a specimen can be obtained and utilized effectively, and it is the main basis of designing a phased array. A mathematical model was presented to simulate the characteristic of an acoustic field radiated from an ultrasonic linear phased array on the basis of Huygens' principle. Based on the model, the beam directivity function can be obtained, and the effects of inter-element spacing, number of elements, element width, and transducer center frequency on beam directivity and steerability in a linear phased array transducer are systematically discussed.     

基于FPGA的超声相控阵相控发射系统的研究

相控阵超声发射波束形成的关键环节是对各阵元发射相位延时进行精确控制,文中研究了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现超声相控延时算法和相位延时控制集成的相控发射系统.分析了超声相控阵系统中线性阵列换能器相控聚焦延时算法,完成了相控聚焦算法设计并通过实验进行了验证;相控延时控制部分以数字波形发射技术为基础,研究了基于系统时钟的相控发射粗延时,延时分辨率可达15 ns;以及基于数字波形相位差的相控细延时,可达到0.35°的相位分辨率,对应250 kHz发射信号下3.75 ns的相位延时.     

超声相控阵检测参数对焊缝缺陷分辨率研究

由于特殊焊缝的内部结构复杂型,面临检测图谱成像质量差,缺陷识别定位困难等问题,选择最优的检测工艺参数对提高缺陷图谱成像质量成为研究重点.为了提高成像分辨率方便检测人员对缺陷图谱分析,基于CIVA仿真软件将试块进行三维建模,验证模型的适用型,并以晶片数量、探头频率、焦距作为独立变量,波峰波谷幅值差为响应量对试块进行仿真,...     

石油钻井中超声相控阵井壁成像检测技术研究*

针对石油钻井中井壁成像的现状,在对柱面线性相控阵(Cylindrical linear phased array,CLPA)换能器辐射声场研究的基础上进行换能器的参数优化和选择,设计并制作了一种基于CLPA换能器的井下超声相控阵井壁成像检测系统。该系统包括声系短节、电路短节和地面系统等,声系短节由CLPA换能器组成,避免了常规声系中探头绕井轴的机械旋转方式,电路短节由高集成度的发射接收模块和基于FPGA+DSP架构的数字信号处理模块组成,完成对井壁回波信号幅度和到时信息的提取,最终实现实时高效的井壁成像显示。利用该系统在试验井中对存在不同尺寸缺陷的套管进行现场测试,结果表明：该系统对套管井的成像结果能够反映缺陷的基本位置及尺寸等信息,具有良好的成像效果。     

超声相控阵探头指向性优化算法研究

以典型的超声相控一维阵列探头为研究对象,从其声束指向性函数入手,分析了超声相控一维阵列探头的阵元中心距在消除栅瓣方面的作用,总结了阵元中心距的最佳取值范围,为相控阵探头的设计和性能优化提供了依据和参考。