超声相控阵探伤系统数据后处理方法研究

摘要

保障工业生产的安全性是现代工业稳步发展的基础，超声无损探伤作为应用最为广泛的一项无损检测技术，在工业安全领域扮演着重要角色。超声成像方法是影响超声探伤系统对缺陷检测效果的一个重要因素，本论文针对应用于相控阵探伤系统中的数据后处理成像方法进行研究，对算法进行建模与仿真，分析算法的成像效果并在16×64超声探伤系统上对算法成像效果进行测试。 本论文的主要工作包括以下几个方面： 首先，对超声探伤的基础理论进行研究，包括超声波的声场理论、超声探伤系统对缺陷进行检测与定位的原理；探讨了影响超声探伤系统对缺陷检测效果的横向分辨率以及纵向分辨率；同时对传统的超声成像算法与基于数据后处理技术的成像算法的原理进行研究，对比并分析了基于数据后处理技术的成像算法与传统算法的区别以及优缺点。 其次，依据数据后处理成像算法的原理，对合成孔径、多阵元合成孔径、全矩阵-全聚焦、多阵元全聚焦、合成发射孔径等五种采用数据后处理成像技术的算法进行建模，并采用基于MATLAB的FieldⅡ声场仿真工具包采集仿真原始数据并依据算法模型对原始数据进行处理，获得了以上五种算法的仿真成像结果。对以上五种算法的合成波束进行仿真，结合仿真结果定性分析了五种算法的成像质量，并结合成像结果的-6dB阵列性能参数对算法的成像质量进行了定量分析。 最后，研究了16×64超声探伤系统的系统结构与工作原理，结合所建立的成像算法的模型，设计了一套适应于16×64系统的数据采集流程，获得了合成孔径、多阵元合成孔径、全矩阵-全聚焦、多阵元全聚焦以及合成发射孔径成像算法的原始实验数据，并采用均值滤波的方式对原始回波数据进行去基线漂移处理。结合成像算法的模型，对回波数据进行延时叠加处理，得到了以上五种成像算法在16×64超声探伤系统上的成像效果，并对成像效果进行了对比与分析。

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