管道超声相控阵全聚焦成像仿真及算法优化

针对厚壁管道内部缺陷识别困难、可视化差等问题,提出基于超声相控阵理论和全聚焦算法对厚壁管道内部缺陷进行图像重构。并针对全聚焦成像效率低的缺点,采用有限元法对外径为550 mm,壁厚为65 mm的厚壁管道超声相控阵全聚焦成像进行仿真,模拟缺陷检测过程和成像结果,并使用稀疏矩阵对算法进行优化。结果表明：在基本满足成像质量要求的情况下,采用激发中心频率为5 MHz,阵元宽度为 0.5 mm,阵元间距为1 mm,阵元数量为32时,稀疏激发矩阵比全矩阵全聚焦成像效率提高了74.81%,有效提高了成像速度,满足全聚焦快速成像的需求。     

管道缺陷检测全聚焦数据处理及成像方法研究

管道缺陷检测是保证管道系统安全运行的必要手段,本文采用全聚焦成像的方法对管道缺陷进行成像与识别。利用有限元软件ABAQUS对基于L(0,1)模态导波的管道缺陷检测方法进行数值模拟研究,利用中值滤波、希尔伯特变换及信号包络锐化方法对信号进行预处理,然后用处理后的信号构建全矩阵数据,最后利用全聚焦算法实现缺陷成像,最终显示成像结果。实验结果表明,将信号进行预处理后再成像,可有效提高分辨率,实现缺陷的高精度可视化。     

合成孔径聚焦超声成像系统研究

介绍了合成孔径聚焦超声成像系统原理，建立了一个无损检测超声成像系统。利用编制的SAFT算法软件对有机玻璃试块进行2D成像，得到了不理想的结果，分析后对SAFT软件进行了改进，重新对有机玻璃试块进行成像，得到了具有较高横向分辨率的声学像。     

基于线阵列超声相控阵三维成像的实现研究

为进一步增强常规超声相控阵的检测能力,弥补二维检测图像对缺陷空间信息反映的单一性,获取更利于分析和评价的工业超声检测三维图像。采用携带编码器的一维线阵列换能器,借助Phascan平台及其二次开发模块采集原始扫查数据,合成带有位置信息的B扫图像,通过基于区域增长技术的混合绘制法实现缺陷的三维重建。人工缺陷对比试块的三维成像测量结果误差多小于5%,实验研究表明,该成像方法和系统能在空间上对缺陷形成一个直观体现,同时能够精确的反映缺陷的位置、形态以及尺寸等信息,为后续实验研究的开展奠定基础。     

手持式超声多通道系统设计与导波成像技术研究

超小型手持式的多通道阵列系统是集成度非常高的超声检测系统,该系统主要优势是体积较小,检测方便等。针对超小型手持式多通道阵列系统设计,搭建了64通道的超声检测系统,而64通道的超声检测系统设计结果为延时精度5 ns和采样频率100 MHz,系统的带宽为0.02～25 MHz,系统体积为40×70×90 mm³;通过延时精度和同步采样实验以及最后的缺陷检测与导波成像实验,结果表明该系统设计的可行,对于扩展成更多通道的医学超声检测系统,该系统仍可以满足且体积不会增加太多,在同类型仪器中体积较小。     

基于SURF算法的HIFU治疗前后超声图像配准研究

高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中,医生通常将治疗前后的超声监控图像直接相减,得到治疗区域的图像来判断治疗效果。由于治疗后病人的体位可能会变化,导致治疗前后采集的图像发生偏移,通常需要先将HIFU治疗前后的超声监控图像进行配准。提出了一种基于加速鲁棒性算法(SURF)和超声监控图像散斑特征的快速图像配准方法。首先利用经典的SURF特征检测器分别提取治疗前和治疗后超声图像中的特征点,采用欧式距离匹配提取的特征向量,通过超声图像的固有属性散斑特征的分布规律优化配准参数并用RANSAC算法去除错误匹配点对,最后利用最小二乘法求出图像之间的映射关系完成配准。实验结果表明,该算法能自动搜索治疗前后超声监控图像中的对应特征点,比传统的人工筛选特征点效率更高,且利用散斑特征的分布规律优化后的SURF算法相比标准的SURF算法配准精度更高。     

基于COMSOL对超声相控阵特性对比分析

在超声波辐射过程中,相控阵技术有助于实现能量聚焦和传输定向,从超声相控阵的阵列结构入手,对比分析平面圆形、平面矩形、平面六边形、凹球面圆形、凹球面矩形、凹球面六边形6种阵元阵列在焦点的能量分布和声场指向性,并以这两点作为评定超声相控阵作用效果的依据.实验结果表明,在所有阵元阵列中平面圆形阵元阵列能够平衡声场的低旁瓣干扰...     

基于缺陷态结构的体外超声信号高效聚焦溶栓机制研究

在治疗血栓性疾病方面,体外超声溶栓治疗突破了常规治疗和体内介入式溶栓的局限性,显现了巨大优势。但体外溶栓所使用的超声波换能器发射功率较低,易受环境影响,超声信号难以通过人体组织到达病变区域,很难实现对血栓结构的破坏。为了解决这一问题,本文基于缺陷态结构思想,采用有限元分析方法设计了一种新型体外超声溶栓模型,并进行了仿真实验。实验结果表明这种结构模型能够在10~20kHz超声波低频频带部分有良好的声场局域效应和声波强度提升作用,当声波频为率14.9 kHz时,结构模型具有良好的身体穿透效应,有一定可能在体外对血栓产生结构破坏,达到血栓清理的作用。这些研究对高效安全的体外血栓清理方法的研究有很重要的意义。     

高强度聚焦超声换能器的宽带阻抗匹配

高强度聚焦超声(HIFU)治疗系统为实现从功率源到超声换能器的最大电功率传输,需在功率源与超声换能器之间设计阻抗匹配网络.无源器件匹配可实现超声换能器电阻抗的精确匹配,但其宽带匹配的解析设计理论较复杂.本文利用简化实频法对HIFU换能器进行了宽带匹配网络设计,采用Levenberg-Marquardt法对传输功率增益进行了优化,优化后的功率传输增益在200kHz的通带内为0.9左右,且较为平滑;针对HIFU换能器进行的宽带阻抗匹配和声功率测试表明,采用传输功率增益优化设计出的宽带匹配网络能有效拓宽换能器的工作频带.     

超声相控阵检测技术的发展及应用

超声相控阵是近年来发展起来的一门新的工业无损检测技术,通过对各阵元的有序激励可得到灵活的偏转及聚焦声束,联合线性扫查、扇形扫查、动态聚焦等独特的工作方式,使其比传统超声检测具有更快的检测速度与更高的灵敏度,成为目前无损检测领域的研究热点之一。介绍了超声相控阵的检测原理及特点,综述了其国内外发展及研究现状,总结了目前超声相控阵研究热点及发展趋势,最后以汽轮机叶轮轮缘裂纹的检测和焊缝的检测为例,介绍了超声相控阵在实际工程中的应用。     

零件表面损伤对再制造修复件承载能力影响的超声相控阵检测研究

零件使用过程中出现的表面损伤会影响其再制造修复时的界面结合质量,从而降低承载能力。为得到零件表面损伤大小对修复件承载能力的影响,对表面预制不同宽度损伤的基体材料进行等离子喷焊再制造修复,采用超声相控阵对施加三点弯曲载荷的修复件进行检测。根据检测结果,提取A扫波形图中二次底波声程,得到不同载荷下二次底波声程变化曲线,根据曲线转折点得出修复件界面裂纹萌生时的载荷F_A;通过定量化处理C扫俯视图中缺陷并计算其面积占比,得到不同载荷下缺陷面积占比的变化曲线,根据曲线转折点得出界面初始缺陷演化时的载荷F_C。结果表明,F_A和F_C都能够反映修复件承载能力与基体表面损伤的线性关系;在误差小于5%的前提下,表面损伤宽度每增加1 mm,修复件承载能力约下降0.1 kN;并且相较于F_A,F_C的大小降低了11.12%,从而能够建立表面损伤对修复件承载能力的影响规律,为评定表面损伤零件的再制造质量提供了及时有效的途径。     

超声相控阵传感器阵元间串扰源分析及其隔离方法

通过研究超声相控阵探头阵元间串扰机理及串扰隔离方法提高近表面检测能力。 基于数值仿真技术分析了安装楔块 前后阵元间超声波串扰对检测信号及检测声场的影响,分析探头楔块对于隔离阵元间超声波串扰与近表面缺陷检测信号的作 用。 提出楔块优化方案,并通过试验方法对其进行验证。 结果显示,数值模型可直观显示阵元间的超声波串扰,提出的楔块优 化方案可将时域上的阵元间串扰信号与近表面检测信号相互隔离。 优化楔块后的相控阵探头可对深度 2 mm、直径 0. 3 mm 平 底孔进行成像检测,近表面缺陷检测能力显著提高。     

基于分级延迟的宽带相控阵天线研究

由于色散效应和孔径渡越效应的存在,传统相控阵天线本质上是一种窄带系统。为了解决这一问题,实时延迟在相控阵天线设计中得到了广泛的应用。提出了一种分级延迟的方案来改善天线阵列的瞬时宽带性能。首先简要介绍了分级延迟方案扩展带宽的原理,然后通过仿真设计对子阵级延迟和分级延迟方案下天线宽带性能进行了讨论和对比分析,最后通过试验测试天线的典型宽带性能,对偏离中心频率1.5 GHz,方位/俯仰扫描60°的波位,采用分级延迟方案后和子阵级延迟相比,实测指向误差由1.24°/1.63°降低至0.47°/0.24°,证明该分级延迟方案极大地提升了天线的瞬时带宽,并具有良好的工程实现性。     

基于CPCI总线的相控阵雷达波束调度系统设计

为了解决传统相控阵雷达波束调度系统工作不够灵活、不够高效,以及信息传输效率不高、易受干扰等缺点,提出了一种新型的基于CPCI总线的波束调度系统体系结构,采用了在实时系统VxWorks下的CPCI设备驱动、DMA数据传输等技术,充分利用了软件编程的灵活高效,提高了系统的传输效率和质量。工程实践表明,此体系结构可以高效、稳定的保证波束调度软件系统乃至相控阵雷达整机系统正常工作。     

改进的机载相控阵雷达JDL-STAP算法

机载相控阵雷达在下视工作时受地杂波的影响较大,虽然空时自适应处理(STAP)技术拥有良好的杂波抑制能力,但其性能依赖于大量的训练样本和高运算量,在现实工程中难以应用.为了弥补STAP算法的不足之处,提出了一种改进的局域联合处理(JDL)降维算法.该方法在构造降维矩阵时,调整了局域处理单元的选取策略,并在主通道对应的杂波...     

Investigation of complex phased array coil designs for cardiac imaging

In this study we present a method to simulate complex phased array coil designs for cardiac imaging. It is based on the combination of numerically calculatedB ₁ field vectors for each coil of the array and a noise resistance data set, which is acquired only once with a set of test coils. This technique allowed fast assessment of the SNR performance of arbitrary geometries of single coils to be used as building blocks in complex array configurations. In addition, since clinical scanners usually provide only four receiver channels, we used this method to investigate the use of hardware combiners for different array configurations, consisting of up to eight coils. Simulated array geometries resulted in up to ≈30% gain in SNR for deep cardiac structures, compared to a conventional linear four coil array. This was confirmed by phantom experiments with implemented coils     

超声波聚焦检测焦距的探讨

根据几何声学的原理,推导了超声波检测中水浸聚焦探头探测工件时焦距的计算公式,并分析了所导出公式的正确性,同时也分析了有关文献提出的经验近似公式的使用条件和影响焦距偏差的因素.