基于球壳聚焦阵列的超声成像检测技术研究

为提高超声成像对比度和分辨力,研究了一种利用球壳聚焦阵列进行目标散射成像的方法。球壳聚焦阵列中的部分阵元发射聚焦声波,声波作用于目标后发生散射,回波被余下的阵元所接收,阵列中的发射阵元和接收阵元随机选择,以达到抑制旁瓣的作用。借助三维自动扫描机构,可获得聚焦波束沿被测物体表面的散射回波强度,从而实现对目标的成像。计算机仿真结果表明,球壳聚焦阵列可减小主瓣宽度,并有效降低聚焦波束旁瓣。水池实验结果表明,基于该阵列的散射成像方法具有亚毫米级的成像分辨力,能够获得较高对比度的图像。     

面向超声检测的数据压缩方法

为了对超声自动检测过程中产生的大量A波数据进行有效压缩,利用A波数据的生成原理和特点,从中提取波形沿、波形和波间距等特征,并给出了基于特征的数据压缩模型和算法.确定波形和波间距的起点和终点,根据阈值求解每波形中相邻波形沿的交点,将波形分解成两个或者两个以上的波形沿,构造一条最佳直线来拟合波形沿.实时压缩后可利用各特征重构出A波数据,如未达到预定的压缩性能指标则可调整压缩参数后进行再次压缩.工程应用表明,该方法能够在2％以内的重构误差下,达到100以上的压缩比,相比其他压缩方法,具有方便判别缺陷波的优点.     

超声检测中复杂曲面数字化方法研究

提出了利用超声波检测探头实现自由曲面的路径受控仿形测量方法。针对数据压缩处理引起的各截面曲线上数据点数的不同，提出了一种蒙皮B样条曲面插值方法，该方法在保持插值精度的情况下，减少了曲面重构所需的控制顶点。应用表明，算法计算效率较高。     

反射法测量固体材料的非线性系数研究

基于准线性近似理论研究有限幅值波的反射基波和二次谐波声场特性,采用多元高斯声束将其表征为平面波解、衍射项和衰减项组合的形式,推导出超声反射法测量固体纵波非线性系数的计算模型。对经垂直入射自由界面的反射二次谐波进行模拟分析,结果显示,尽管入射二次谐波的反射波与新产生的二次谐波相位相反导致总的反射二次谐波减弱,但当试块厚度大于1/2倍瑞利距离时,探头接受到的反射二次谐波可用于固体材料纵波非线性系数的有效测量。设计并开展了6061铝的纵波非线性系数测量试验,结果表明当考虑反射、衍射修正和衰减补偿后,反射法测得的纵波非线性系数值与透射法的测量结果相近,但相比透射法,反射法具有试验要求低、限制条件少等优势,为固体材料纵波非线性系数测量的实际应用提供了一种有效方法。     

厚截面CFRP孔隙超声脉冲反射检测方法

目前对碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastic,简称CFRP)孔隙缺陷超声检测识别的研究主要以薄板型CFRP为对象,针对厚截面CFRP孔隙缺陷检测的需要,提出了基于超声脉冲反射背散射信号处理的孔隙缺陷识别方法。背散射信号特征分析结果表明,背散射信号由材料近表面共振结构噪声、信号指数型衰减成分、孔隙的反射和散射信号以及随机噪声组成。为得到孔隙的反射和散射信号,首先,利用提升小波变换良好的去噪能力除去背散射信号中的随机噪声;其次,设计低通滤波和自适应滤波分别除去信号中的共振结构噪声和衰减成分。对实验信号的处理结果表明,上述处理方法可以有效去除相应信号成分。在此基础上进一步提出了背散射信号幅值C扫描成像方法,将该成像方法应用于厚截面CFRP孔隙缺陷识别,可以有效识别试块中的含孔隙区域。     

基于机器视觉的聚焦换能器焦点快速定位研究

提出一种基于机器视觉的聚焦换能器焦点快速定位方法,结合聚焦换能器的几何中心即焦点的特性,基于边缘连接的快速椭圆检测算法检测换能器边缘轮廓信息,从而得到焦点位置,通过坐标间的转换关系来计算机械臂坐标系下的焦点坐标,实现机械臂对换能器焦点的快速定位。对焦平面进行声场扫描得到换能器的实际焦点坐标以验证该方法所得焦点坐标准确性。实验结果表明:该方法所定位焦点在-3dB实际焦点直径范围内定位准确。     

电动剃须刀刀片旋转异响的声学检测方法研究

为解决目前电动剃须刀刀片旋转异响声人工检测效率低、经验要求高的问题,提出一种将小波变换和人工鱼群算法优化的支持向量机相结合的声学检测方法。该方法首先通过离散小波变换对电动剃须刀刀片旋转声信号进行小波分解和重构,将获得的各层相对小波能量作为样本特征参量,然后采用人工鱼群算法对支持向量机进行优化,最后使用优化后的模型对样本进行训练和分类识别。研究结果表明,人工鱼群算法优化的支持向量机在识别率方面优于传统支持向量机,样本识别率可达95%以上。     

水介质中换能器的声场分布建模及仿真

在水声目标探测的优化中,为精确仿真水声换能器在水中的声场传播分布规律,首先利用多元高斯声束叠加模型,建立水声换能器的表面声压分布模型,然后通过频域有限差分法求解KZK传播方程,得到发射声场在水下分布规律和谐波特性,最后通过MATLAB进行数值仿真,得到各阶次谐波在声轴方向上的径向和轴向的分布情况,结果表明谐波阶次越高,波束越窄,声场能量较集中;各阶次谐波在轴向一定位置附近声压达到最大值,之后由于水介质的吸收效应逐渐衰减.上述研究对开展水下探测、非线性声场成像等具有重要的参考价值.     

基于磁共振图像的多层介质声学特性分析

基于磁共振图像,提出了一种多层介质声学特性分析方法,并推算了超声经过分层结构的焦点定位。首先对蔗糖溶液的磁共振T1加权图像进行区域提取、阈值分割、腐蚀膨胀等边缘处理后,得到局部区域的灰度均值;通过磁共振图像上的灰度信息与对应蔗糖溶液的浓度、声速计算关系拟合函数;最后建立模拟生物组织的蔗糖溶液分层结构,运用关系函数推算超声经过分层结构的声透射及聚焦超声的焦点前移量。实验结果表明,该方法从蔗糖溶液磁共振图像中分析得到的声速、声透射系数及焦点前移量与真实值相近,最大差异为0.6239mm,验证了可通过磁共振获取生物组织声参数的可能性。     

基于形态学的超声C扫描图像缺陷边缘检测

针对传统基于形态学的边缘检测算法自适应降噪能力差、计算效率低的问题,提出了一种基于边缘比率和多结构的自适应边缘检测算法,根据超声C扫描图像的边缘比率将超声C扫描图像分为3种不同复杂度的图像,针对不同复杂度的超声C扫描图像自适应选取结构元素进行边缘检测,再根据不同边缘图像的信息熵进行融合处理得到最后的边缘。实验结果表明：该算法有效抑制噪声的干扰,且较好地保持图像边缘细节,提高了超声C扫描图像缺陷边缘检测的效率和准确率。