超声相控阵检测扇形扫描成像研究

发布时间：2020-11-05 12:11

　　 超声相控阵检测技术是利用电子系统控制阵列换能器中各阵元的激发顺序,精确的控制换能器各阵元发射和接收信号的相位,使得波束灵活可控,从而实现对机械结构或零部件进行全方位、多角度的声束扫描,最终以图像的形式直观显现被检测对象内部性状,具有显著的优势。本文针对工业超声检测的实际情况,研究了超声相控阵扇形扫描延时计算和成像相关算法,设计试验方案,利用B型相控阵试块对算法进行试验验证,同时对影响扇形成像质量的相关因素进行了分析。以超声相控阵检测原理为基础,研究了合成声束的偏转、聚焦及偏转聚焦等的实现过程,并结合几何声学原理得到了延迟时间法则,给出了超声相控阵扇形扫描延迟时间的计算公式和算法流程图,编写了等声程聚焦的程序,并结合实例给出延时曲线。研究了超声相控阵检测扇形成像算法,本文通过控制延时发射后进行信号接收得到A扫数据矩阵,然后经过坐标校正后获得扇形扫描图像,给出了流程图及具体的算法步骤,以及成像区域的扇扫示意图;比较了四种常用的图像插值算法,综合成像质量及运行时间,双三次插值算法效果相对最好;并将插值算法与数学形态学填充方法结合,获得良好的扇扫图像。利用实验室现有的Verasonic Vantage 64硬件系统,进行试验方案设计,选定B型相控阵试块中的两个不同类型的横通孔区域进行试验,共获得两个区域的两张扇扫图像,获得的成像结果与实际缺陷信息相近,基本不存在漏检情况,且位置信息基本准确,进一步验证了超声相控阵扇形扫描和成像算法的有效性和可靠性,并从多方面对误差的形成原因进行分析。基于超声相控阵技术的基本原理,针对相控阵超声扇扫检测所涉及主要参数中的聚焦深度、偏转角度、时间补偿增益等进行分析,采用控制变量法进行试验,分别研究三者对于扇扫检测及成像质量的影响程度。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP274.53
【部分图文】：

技术已有 20 多年的发展历史，是基于声学惠检测技术。超声波是通过电信号激励压电晶片超声频率大多在 0.5MHz-15MHz，被广泛应用实现电信号和超声信号的相互转换。由压电材料制成，可以将电能量转化为机械振励时，将会在介质中以声波的形式发出一个声体时，声波将会由反射体向各个方向发生散射再次转换为电信号并放大，并以电压-时域信测系统中，相控阵换能器是非常重要的硬件组阵检测系统的换能器是一个由多个阵元组合而阵元，独立地有规则的发射或接收信号，达到合收延时的控制，实现对检测系统的焦点的控制试件直接接触）线性阵列换能器为例，其声束、声阻尼块、声耦合层、导线等，基本结构如

Se、电阻抗、串扰幅度等也属于相控阵换能器的特征参数，对超有斜楔块的相控阵换能器还受到楔内延时、入射点位移量等参数阵换能器中阵元的排列方式，以满足各种不同检测情况的需求，环形阵列、扇形阵列、二维矩阵阵列等换能器，相应的特征参数用于特殊检测对象，但加工困难，制作成本高昂，目前主要应用阵超声发射和接收超声发射和接收声束的过程是互逆的[49-50]，如图 2-2 所示，在进换能器按照预先设置的延时法则进行各个阵元的信号激励，各个焦区域发生相干叠加作用，得到合成聚焦声束；在进行信号接收裂痕、孔洞等缺陷，超声波束会发生反射，对各个子阵元将接收控发射时相同的延时法则，得到相干叠加后增强的回波信号。同迹等多种相控效果，可以通过各阵元声束的相位、幅值等进行控方向性缺陷的最佳检测和定量结果。

西安科技大学硕士学位论文超声相控阵检测与传统超声检测相比，相控阵检测特殊的扫描的方式，扫描速度控阵换能器可以满足多种应用场景，灵活性好；在减少不必要的操作的情况下顺复杂区域的扫描；缺陷检出率和信噪比较高。根据波动理论，形成相干波要有两个条件，一是频率相同，二是相位差恒定。性阵列换能器，通过预先设置的延时，控制计算机控制延迟触发脉冲，使各个阵生不同相位干涉波，获得不同的声束偏转角度或聚焦深度。
【参考文献】

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本文编号：2871622