基于阵列A扫描信号的超声相控阵成像方法研究

摘要

超声相控阵检测成像技术通过对阵列换能器各阵元进行精确的相位控制，使得发射、接收的合成波束灵活可控，从而对机械结构及零部件进行全方位、多角度的声束扫查，成像结果直观的显现被检测对象内部性状。但我国对于超声相控阵技术的研究相比于国外差距很大，目前国内工业检测所用相控阵设备依赖于国外进口，高昂的价格严重制约了其在我国工业无损检测方面的应用。
　　本文设计了一套基于阵列A扫描的超声相控阵成像方案，该方案与超声相控阵设备检测成像的主要区别在于本方案对阵列A扫描信号进行后处理，虚拟延时接收，达到合成声束偏转的效果，再将不同偏转角度的信号扇扫成像，最终达到相控阵检测成像的效果。通过对该方案的研究，希望改善国内依赖从国外进口相控阵设备的现状，降低相控阵设备的制作成本。本方案通过N阵元的超声阵列换能器采集N?N个A扫描信号，然后根据需要合成的偏转角度计算各A扫描信号的相位差，把原本同时接收的A扫描信号进行平移，虚拟接收延时，从而实现接收偏转。最后将不同偏转角度的合成A扫描信号扇扫成像。针对采集阵列A扫描信号时采样频率低导致延时精度低、坐标变换后的扇扫图中缺陷内部色值连续性差、与缺陷边缘轮廓对比度低的问题，本文首先对阵列A扫描信号进行插值处理，提高采样频率，从而解决延时精度低的问题，提出一种新的图像处理方法—“基于阈值的矩阵窗内幅值均匀化图像后处理方法”，将B扫描图像经过该方法处理后，解决了图像中缺陷内部色值连续性差、与缺陷边缘轮廓对比度低的问题，为后续对缺陷定量分析奠定了基础。最后，设计实验对提出的超声相控阵成像方案进行验证，并借助本实验室的超声相控阵设备进行了对比试件实验，通过对比结果的分析，验证了本文提出的基于阵列A扫描的超声相控阵成像方法。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外现状及发展趋势

1.3 本文主要研究内容

第二章 超声相控阵检测成像原理

2.1 相控阵换能器

2.2 相控发射与相控接收

2.3 相控阵延时法则的计算原理

2.4 超声相控阵检测成像方式

2.5 本章小结

第三章 阵列A扫描信号相控阵成像方法研究

3.1 阵列A扫描信号的采集原理

3.2 基于阵列A扫描信号合成声束偏转

3.3 基于阵列A扫描信号实现B扫成像

3.4 B扫成像到扇扫图的变换

3.5 本章小结

第四章 延时精度提高及图像后处理方法研究

4.1 基于插值的延时精度提高方法

4.2 基于阈值的矩阵窗内幅值均匀化图像后处理方法

4.3 本章小结

第五章 基于阵列A扫描的超声相控阵成像实验设计

5.1 实验所用设备

5.2 实验验证过程

5.3 实验结果的定量分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和研究成果

致谢