工业探伤超声相控阵合成聚焦算法研究

发布时间：2020-04-01 14:46

【摘要】：超声相控阵系统通过控制相控阵探头的阵元激发顺序实现声束偏转、聚焦,并接收超声回波,从而实现对被测工件的快速高效检测。超声相控阵系统中的关键技术是对发射声束和接收合成的时间进行控制,以获得高质量的声场。相控阵合成聚焦技术包括动态聚焦、动态变迹、动态孔径等。论文重点研究了超声相控阵合成聚焦技术的原理,提出了改善常规聚焦声束分辨率的方法并进行基于FPGA的合成聚焦算法设计,最终验证了动态聚焦与动态变迹技术在提高空间分辨率上的优越性。论文所做的主要工作和成果如下:1.论述超声波相控阵基础原理。研究了超声声场理论及检测原理、相控阵检测原理,并根据原理计算相控阵阵元的偏转、聚焦延迟参数,并进一步计算聚焦声场的声压分布,以此作为声场仿真的基础。同时也探讨了多种改善超声相控阵聚焦声场的算法原理以及实现方法。2.聚焦算法的设计与仿真。利用声压分布建立声场仿真,利用仿真研究不同聚焦算法在缺陷扫查成像时的分辨率,并根据仿真结果选择了一种适用于超声相控阵数字系统的成像算法。3.基于FPGA设计实现合成聚焦算法。分析超声相控阵数字系统的特性,基于FIR滤波器设计了一种插值滤波模块,并进一步设计了精度能够达到2.5ns的声束合成方法;根据FPGA特性将实时聚焦算法设计融合到合成模块中,利用少量的逻辑资源实现了之前设计的包含动态聚焦与动态变迹的聚焦算法。4.测试合成聚焦算法。将设计完成的聚焦算法模块拼接到超声相控阵数字系统中,进行调试分析工作,测试结果表明合成聚焦算法可以改善系统分辨率。
【图文】：

示意图,扫查,示意图

是人们获得不透光物体内部声学特性分布的最直观的方法之一[测的基本原理。超声波是频率大于 20kHz 的声波，超声场是超间范围。只有当缺陷位于超声场的有效空间内时，发射的声波或衍射，才有可能被探测到。声场的主要物理量包含声压 P、抗能直接表示介质的声学性质，它是介质密度ρ与介质中声速Z= · 超声频率大多在 0.5MHz 到 15MHz 之间[36]。超声探伤时利用超声声-声电换能器）将电子系统的电信号转换成对应声压的超声波声回波转换成电信号进行处理并显示。超声探伤的分类有很多为接触法和液浸法两大类；按声波传播方式可分为反射法和投式可分为脉冲波、连续波和调频波等；按波型又可以分为纵波。在实际使用中，广泛使用的是接触式脉冲反射法，，包括纵波[37]。法主要利用声波中的纵波进行探伤，它的应用比较普遍，主要于掌握。图 2.1 是该方法的基本原理示意图：

示意图,回波,示意图,超声探伤

Z= · 的超声频率大多在 0.5MHz 到 15MHz 之间[36]。超声探伤时利用超声电声-声电换能器）将电子系统的电信号转换成对应声压的超声超声回波转换成电信号进行处理并显示。超声探伤的分类有很多分为接触法和液浸法两大类；按声波传播方式可分为反射法和投方式可分为脉冲波、连续波和调频波等；按波型又可以分为纵波等。在实际使用中，广泛使用的是接触式脉冲反射法，包括纵波法[37]。伤法主要利用声波中的纵波进行探伤，它的应用比较普遍，主要易于掌握。图 2.1 是该方法的基本原理示意图：图 2.1 扫查示意图。1-探头；2-工件；3-缺陷；4-工件底面
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB55;TN791

【参考文献】