基于环形统计矢量的超声相干复合发散波成像

为提高大壁厚构件的缺陷检出能力,提出了全孔径相干复合发散波成像(CDWI)与环形统计矢量(CSV)相结合的复合检测方法。基于虚拟源技术,该方法通过发射延时实现全孔径阵元的大范围的偏转波前发射,以增加深度和宽度传播方向上波前的声能。为有效提高孔径有效覆盖区域以外的检出能力,相干复合过程中结合CSV进一步增加缺陷回波影像的质量指标。结果表明,在检测铝制构件中横向分布超出探头孔径覆盖范围20 mm和纵向埋深在2～3倍探头孔径之间这两种情况下的Φ2边钻孔缺陷时,本文所提复合方法的缺陷回波幅值较平面波成像分别高出17.5～18.5 dB和10.6～14.8 dB。     

基于符号相干因子加权的双层介质频域 相干复合平面波成像

为同时提高双层介质下超声相干复合平面波(CPWC)成像的质量和效率,提出一种频域波束形成与符号相干因子加权(SCF)相结合的算法。提取平面波数据的相位符号,通过修正后的频域波束形成算法对其进行波场外推。利用外推后的相位符号构建SCF加权因子对波束形成后的平面波图像进行自适应加权。结果表明,经过SCF加权,时域和频域波束形成后图像中缺陷的平均半峰值宽度基本相同,分别为时域DAS的78%和75%,频域图像的信噪比高于时域5 dB左右,在提供相同分辨率和信噪比的前提下,相比于时域波束形成下的SCF加权算法,本文所提的复合算法成像效率提升4倍以上,同时兼顾较高的成像质量和较低的运算复杂度,进而形成一种适用于双层介质无损检测的高质量、低复杂度的超声相控阵成像技术。     

基于环形统计矢量阈值加权的上表面开口裂纹横波全跨全聚焦成像

为了有效抑制非目标模式反射体回波伪影,本文提出环形统计矢量阈值 (CSVT)加权的上表面开口裂纹横波全跨全聚 焦成像技术。 利用延时信号构建环形统计矢量(CSV),并根据 Weibull 分布确定伪影噪声的 CSV 值范围后,通过阈值将其剔除 得到 CSVT 因子。 研究表明,在 32~ 64 阵元有效孔径范围内,非目标模式反射体回波伪影噪声的 CSV 值范围在 0. 2 ~ 0. 4 之间, TT-TT 模式(目标模式)下的上表面缺陷回波 CSV 值接近于 1。 因此,阈值处理后的 CSVT 因子值可有效保留缺陷的权重因子, 同时抑制绝大多数非目标模式反射体伪影及相位随机分布的噪声。 相比于横波全跨 TFM 成像,CSVT 加权后的铝块 TFM 成像 图中,上表面-45° ~ 45°人工刻槽下尖端的裂纹信噪比提升范围为 7. 7~ 14 dB。     

板结构裂纹兰姆波阵列复合成像方法研究

针对板结构中裂纹方向识别及定量检测问题,提出了一种板结构兰姆波阵列复合成像方法。利用超声阵列采集的单模态兰姆波全矩阵数据,分别提取其幅值信息和极性信息,进行全聚焦成像和极性一致成像,并利用极性一致成像对全聚焦成像进行了加权处理;对全阵列进行子阵列划分,计算出各子阵列的特征矢量,并进行加权合成,得到矢量全聚焦成像;利用全聚焦成像的强度信息和矢量全聚焦成像的方向信息,综合得到兰姆波阵列的复合成像,并从中提取出缺陷的方向及空间分布范围等信息。实验结果表明,提出的兰姆波阵列复合成像方法可以很好地实现板中多个裂纹方向识别,其角度测量误差在20%以内。本文工作为裂纹缺陷识别及定量检测做了有益探索。     

用于超声散斑跟踪血流测速的多角度平面波局部运动补偿

血流速度剖面用于计算壁面剪切率等血流动力学指标,与动脉粥样硬化病程发展密切相关。 超快超声散斑跟踪广泛用 于血流速度剖面估计,然而多角度平面波复合成像存在血流散射体的运动伪影,不利于流速估计。 提出了一种多角度平面波复 合成像的局部运动补偿法,对射频信号时间序列的相邻帧进行局部运动补偿来消除不同径向位置的运动伪影,从而提高流速测 量准确性。 相比直接相干复合,B-MoCo 法将仿真、仿体实验中流速测量结果的归一化均方根误差平均减小了 10. 37% 、 37. 82% ,说明了 B-MoCo 法的有效性。 基于兔骼动脉的实测实验进一步证明了 B-MoCo 法的临床可行性。 综上,B-MoCo 法能够 有效提高血流速度剖面的测量精度,有助于相关心血管疾病的早期诊断与病程监测。     

改进的强度相干成像室内实验方法

设计了一种新的强度相干成像室内实验方法,以简化现有强度相干实验过程,获取接近实际观测的测量数据。首先,分析了强度相干成像原理及影响成像质量的因素;介绍了现有强度相干成像实验方法并分析其存在的不足。然后,利用赝热光源和CCD设计了一种新的强度相干成像方法;介绍了利用此种方法模拟强度相干成像的原理及特点。最后,进行了室内强度相干成像实验,验证了提出方法的可行性。实验结果表明:利用提出的实验方法能够较好地测量目标的空间功率谱,测量噪声主要分布在高频部分;当测量信噪比大于20时,利用相位恢复方法可恢复获得较好的目标光强分布图像。实验显示,提出的成像方法能够较好地模拟强度相干成像,实验中能够较为方便地调节光强随机涨落并观测基线参数,实现对小角直径目标的有效成像。     

有限角度水浸超声检测空间复合成像

为降低噪声及伪影对水浸B扫成像的影响,提高成像分辨率及对比度,研究了一种适用于水浸检测的有限角度空间复合成像方法。控制不同入射角,实现角域回波信号的采集,采用希尔伯特变换对回波信号进行包络处理,考虑水与工件的声学差异,通过修正渡越时间偏差及折射路径偏差对有限角度内的回波信号进行重构,实现空间复合成像。以钢试块的水浸超声检测为例,对入射角为-7°、-5°、-3°、-1°、0°、1°、3°、5°、7°的回波信号进行空间复合成像,成像结果表明相对于普通B扫查成像,其成像信噪比及对比度噪声比平均分别提高了9.1 d B、5.6 d B,成像横向分辨率平均提高了17.6%,为水浸超声检测提供了一种高精度B扫成像方法。     

基于相位相干性的厚壁焊缝TOFD成像检测研究

将相位相干成像(Phase coherence imaging,PCI)后处理算法应用于厚壁焊缝超声TOFD检测,有效改善低信噪比和水平分辨力问题。首先,利用合成孔径聚焦(Synthetic aperture focusing technique,SAFT)算法对TOFD-B图像的孔径数据集进行延时叠加处理。然后,基于PCI算法通过孔径数据集中各路信号的相位信息构建相干因子,用以表征B-SAFT图像中各像素点的相位相干性。最后,通过构建的相位相干因子对B-SAFT图像进行加权处理。结果表明,PCI算法能够通过放大相位分布对像素点幅值的贡献,有效抑制噪声和提高信噪比,使壁厚78 mm奥氏体不锈钢焊缝中3个Φ3边钻孔平均信噪比达到30d B以上,较TOFD-B图像提高了20 dB。此外,PCI算法还可增强孔径波束指向性提高分辨力,使48 mm壁厚CV焊缝中缺陷半波高水平宽度较TOFD-B图像缩小70%以上。     

超声塑化注射系统环形间隙的设计与仿真

为获得较优的超声塑化注射系统环形间隙,首先进行超声工具头与塑化腔环形间隙的理论研究,获得环形间隙泄漏量和超声工具头摩擦力的理论公式;然后建立超声工具头与塑化腔环形间隙的有限元模型,利用ANSYS CFX模块研究环形间隙的泄漏量和工具头摩擦力的理论值和仿真值并进行比较,分析环形间隙大小与入口总压力对泄漏量和工具头摩擦力的影响规律。研究结果表明,当超声工具头与塑化腔之间的环形间隙为0.1～0.15mm、入口总压力为10～20MPa时,环形间隙的泄漏量和工具头摩擦力都较小。     

相干和多模热光场的光子统计实验

以激光外差探测中两束光的特性为基础,分析了相干光场和多模热光场的光子统计模型。分别讨论了上述两种光场的二阶和三阶统计特征,其中二阶统计对应于Fano因子,三阶统计对应于对称因子。对上述两种光场的Fano因子和对称因子进行了实验测量。结果显示,相干光场的Fano因子和对称因子不随入射光子数而变化。将理论模型和实验数据相结合可得到与之对应的串扰概率为0.032 1,探测器增益系数为1.046 0ph。多模热光场的Fano因子随着入射光子数增加呈直线上升趋势;目标运动速度加快,Fano因子逐渐减小,表示回波光子波动减小,认为其本质原因是热模个数增加引起的平均效应;而多模热光场的对称因子呈抛物线趋势逐渐增加。对相干和多模热光场统计特性的研究,为光子计数体制激光外差探测奠定了基础。