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TFM全聚焦实时成像演示

日期： 2020-06-02

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使用VariedBeam-Mini对TFM的应用

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一种用于焊缝检测的超声成像方法

授权公告号 CN 105699492 B授权公告日 2018.11.13 技术领域[0001] 本发明涉及焊缝的超声无损检测技术领域，尤其涉及一种用于焊缝检测的超声成像方法。背景技术[0002] 近年来，超声在无损检测(NDT)领域的应用越来越广泛，对于焊缝，一般分为基于单晶片换能器的传统检测方法和基于阵列的超声成像方法。前者又包括衍射时差法和脉冲反射法等。[0003] 超声波衍射时差法是一种依靠从焊缝内部结构的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。采用衍射时差技术对焊缝中部缺陷定量，其定量精度远远高于脉冲反射法超声波检测。而基于阵列的超声无损检测相对于传统的采用单晶片换能器的超声无损检测的主要优势在于：可以通过电子系统控制声束的偏转和聚焦，进而可以控制声束沿特定区域进行扫描，从而提高了检测速度和成像质量，最终使缺陷的定量和定位更加直观、快速和准确。[0004] 传统的阵列超声成像在相控阵探头与被测对象交界面之间的耦合方式，一般包括采用耦合剂直接耦合或者通过放置楔块进行耦合。前者主要是采用纵波进行检测；而当采用楔块为斜楔块进行耦合时，可以用以改变声束的传播方向和转换波型，这样可以采用横波检测那些不能在表面或正上方直接放置相控阵探头的焊缝，通过延时叠加波束形成方法对缺陷区域进行成像。在成像过程中，目前主要采用定焦点发射和接收逐点聚焦的方法，以改进成像效果。但是定焦点发射往往致使成像分辨率下降。对于焊缝的超声相控阵检测，由于成像区域特别近，定焦点发射带来的声波衍射问题进一步加剧了成像分辨率的下降，从而减弱了小型缺陷检测的灵敏度。[0005] 由上述内容可知，对于焊缝的相控阵超声检测，需要进一步改进成像质量，以保证超声相控阵焊缝无损检测的可靠性，减少因为焊缝焊接质量不合格带来的事故。发明内容[0006] ...

2020 - 06 - 05

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一种声学相控阵成像方法

授权公告号 CN 104655728 B授权公告日 2017.09.19 技术领域 [0001] 本申请涉及声学成像技术领域，尤其涉及一种声学相控阵成像方法。背景技术[0002] 在线性扫描模型中，固定长度的子孔径等间距水平移动，每个焦点均在其对应子孔径的轴线上，且处于同一深度，各个焦点视为虚拟源，因此各虚拟源的分布构成一个虚拟线列阵，如图1(a)所示。利用虚拟源合成的方式能够获得深度一致的分辨率。各虚拟源的辐射方向均沿着子孔径轴线，开角是同一固定值，开角大小由F数决定，F数为焦距与孔径的比值，F数是影响成像质量的主要因素。而对于相控阵成像，如图1(b)所示，每个扫描线均由全孔径发射接收，虚拟源的开角受孔径尺寸、焦点深度以及扫描偏转角度共同决定，因此不再是固定值，而且此时不再有通常意义上的F数概念。[0003] 相控阵成像可以利用较小的换能器，在不移动或者少移动的条件下，对较大被测区域扫描成像，因而在医学和工业检测中得到广泛应用，如在医学成像中，将探头放在肋骨间隙，可以对心脏等胸腔内器官实时成像；在无损检测中，可利用相控阵横波成像，探测位于40 °～70 °方向的缺陷，这些区域的探测往往是其他方法难以实现的。但相控阵成像仅在聚焦区域内才能获得较好的分辨率，随着探测深度增加，波束的主瓣宽度也随之增加，会导致横向分辨率下降。[0004] 针对声学相控阵成像分辨率随着深度变化(下降)的问题，目前主要有两种方法：第一采用固定焦点发射，在单个接收扫描线上逐点聚焦，提高不同深度下的分辨率；第二扫描时采用换能器阵列全孔径发射与接收，在整个空间上逐点聚焦成像，即所谓的全聚焦成像方法(Total Focus Method，TFM) ，在成像方面被当作成像质量的“黄金标准”。第一种方...

2020 - 06 - 04

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超声相控阵

超声相控阵技术已有近20多年的发展历史。初期主要应用于医疗领域,医学超声成像中用相控阵换能器快速移动声束对被检器官成像;大功率超声利用其可控聚焦特性局部升温热疗治癌,使目标组织升温并减少非目标组织的功率吸收。最初,系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因使其在工业无损检测中的应用受限。然而随着电子技术和计算机技术的快速发展,超声相控阵技术逐渐应用于工业无损检测,特别是在核工业及航空工业等领域。如核电站主泵隔热板的检测;核废料罐电子束环焊缝的全自动检测及薄铝板摩擦焊缝热疲劳裂纹的检测。由于数字电子和DSP技术的发展，使得精确延时越来越方便，因此近几年,超声相控阵技术发展的尤为迅速。 l 原理超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束（波阵面）的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。它为确定不连续性的形状、大小和方向提供出比单个或多个探头系统更大的能力。超声相控阵检测技术使用不同形状的多阵元换能器产生和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的不同延迟时间，改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，实现焦点和声束方向的变化，从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。通常使用的是一维线形阵列探头，压电晶片呈直线状排列，聚焦声场为片状，能够得到缺陷的二维图像，在工业中得到广泛的应用。 l 超声相控阵成像在大多数典型的探伤和测厚应用中，超声波检测数据将基于从处理过的射频波形中获得的时间和振幅信息。这些波形和从中提取的信息通常以四种格式中的一种或多种表示：A-扫描、B-扫描、C-扫描或S-扫描。A-扫描A扫描是一种简单的...

2020 - 06 - 02

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TFM原理简介

TFM原理简介TFM（Total Focusing Method）是一种在关键区域逐点合成聚焦的超声阵列成像技术。TFM通过特殊的数据采集方法与成像技术能对缺陷进行非常精确的成像，使得超声检测在缺陷定性与定量上更加的准确。TFM主要分为两个步骤，首先进行全矩阵数据采集（FMC，Full Matrix Capture），然后进行TFM图像重构。一、 FMC数据采集FMC是一种数据采集方式；这种技术不需要任何检测件的先验知识（形状、声速等）；每个阵元依次单独发射；所有N阵元同时接收，每次发射接收N条A型波；重复这种单阵元激发所有阵元接收的过程，直至遍历激发所有阵元，最终接收到N*N条A型波；任一时刻点，检测件中只存在某单阵元的发射声场。二、 TFM图像重建TFM处理的原则是抽取FMC采集到的样本数据中所有有用信息，并相对应的各自叠加到目标成像区域的每个像素点。具体步骤如下：1. 确定一个合理的检测区域用于数据重建；2. 将检测区域进行空间离散化成为一个网格；3. 对网格中的每个像素点，对每对发射接收信号计算传播时间；4. 提取对应时间点每个信号的幅度；5. 叠加N*N的所有幅度； TFM的主要优势l 全范围动态聚焦l 成像清晰，空间分辨率高l 缺陷表征能力更强

2020 - 05 - 28

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