基于全矩阵相位迁移算法的双层结构缺陷检测研究

摘要

本文基于相控阵超声检测，研究了时域合成孔径成像原理及其波束形成，采用双层介质全局阵全聚焦算法检测水浸下试块的缺陷，针对算法中折射点的求解点开展了飞行时间轨迹的研究，提出了通过极值点来寻找折射点的方法，减少了迭代次数。同时研究了频域合成孔径成像机理，推导基于SAFT相位迁移法的多层结构超声算法，并提出叠层结构全矩阵相位迁移成像技术，实现全矩阵数据下对水浸试块的成像，得到了较好的结果。主要研究内容如下：　　第一章阐述了相控阵超声在无损检测中的研究进展，分析了叠层构件超声成像的相关技术及其难点，对频域超声成像技术研究了其进展。　　第二章探究了合成孔径超声成像原理及其声束指向性，研究不同合成方式对波束形成和图像质量的影响，明确全矩阵数据捕获方式及全聚焦成像原理，经matlab仿真，对比合成孔径和全聚焦的波束指向性，验证了全聚焦成像具有更好的成像效果。最后对本文用到的超声图像评价指标进行解释。　　第三章针对工业自动化超声检测朝水浸检测发展的趋势，建立了双层水浸超声成像模型，采用全矩阵全聚焦成像算法对水浸下试块进行超声后处理成像。由于在时域全聚焦算法中超声的飞行路径和折射点的计算中产生大量的迭代，严重影响成像速度。因而针对折射点开展了飞行时间轨迹的研究，提出了通过极值点来寻找折射点的方法，减少了迭代次数。极值迭代法相比于基于snell定理的解析求解法的成像速度提高了50倍，成像质量也较高。　　第四章提出叠层结构全矩阵相位迁移成像技术。研究基于相位迁移算法的频域合成孔径成像机理，将多层介质的相位迁移合成孔径算法扩展到全矩阵相位迁移成像，利用逐层递推方式完成全矩阵超声成像。经实验结果论证，本论文提出的全矩阵相位迁移算法满足叠层结构超声成像的需求，具有较高的成像分辨率和成像效率。

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第 1 章绪论

1.1引言

1.2 国内外研究

1.2.1相控阵超声成像技术的研究进展

1.2.2叠层结构超声成像的研究进展

1.2.3超声频域成像算法研究进展

1.3 本文主要的研究内容

第2 章超声相控阵成像检测理论

2.1超声合成孔径技术

2.1.1合成孔径定义

2.1.2合成孔径成像

2.1.3合成孔径声束指向性

2.2 相控阵超声

2.2.1相控阵超声的声场特性

2.2.2相控阵波束的偏转与聚焦

2.3 全矩阵数据采集与全聚焦

2.3.1全矩阵数据采集

2.3.2全聚焦成像算法

2.3.3希尔伯特变换

2.4超声图像评价指标

2.4.1成像分辨率

2.4.2阵列性能指标

2.4.3分贝

2.5本章小结

第三章 双层介质时域全聚焦成像

3.1 双层介质全聚焦成像

3.2折射点的求解

3.2.1极值迭代法的理论

3.2.2极值迭代法初始探测点分析

3.3实验装置设置

3.4实验结果分析

3.5本章小结

第四章叠层结构相控阵超声频域成像技术

4.1 相位迁移法原理

4.1.1爆炸反射模型

4.1.2 频域声场重建

4.2相位迁移算法超声成像

4.2.1 小位移相位迁移原理

4.2.2单层介质PSM实验与分析

4.3叠层结构相位迁移算法

4.3.1叠层结构相位迁移原理

4.3.2双层介质PSM实验与分析

4.4相控阵超声全矩阵频域成像

4.4.1全矩阵PSM成像原理

4.4.2 信号处理

4.4.3全矩阵PSM实验与分析

4.5 本章结论

参考文献

结论与展望

致谢

攻读硕士期间发表论文及成果