超声检测三角矩阵聚焦成像算法

超声相控阵技术近些年发展迅速并被广泛应用于工业无损检测领域,线阵探头全矩阵聚焦方法具有成像信噪比好、缺陷分辨力高等优势,近些年获得广泛研究,但其仍然存在采集数据量大、计算效率低的问题,使其在实际工业应用中受到限制。为了解决上述问题,基于检测系统收发通道的互易性提出三角矩阵聚焦成像算法,该方法简化了全矩阵聚焦成像算法的数据采集和成像运算过程。为验证聚焦成像方法的有效性,分别对类裂纹、平底孔和横通孔缺陷试块进行数据采集成像试验和信噪比分析,数据采集试验结果表明收发通道互换前后两信号具有很好一致性。进一步的数据比较分析表明,在成像质量方面,三角矩阵聚焦成像算法与全矩阵聚焦成像算法两者的图像信噪比变化不大;在数据采集和成像效率方面,三角矩阵聚焦成像算法降低了近一倍数据量,有效提高了计算效率。     

均匀稀疏矩阵的全聚焦成像算法研究

超声相控阵全聚焦成像算法作为一种后处理成像技术,虽然具有成像精度高、灵活性好的优势,但由于数据量大、计算时间长等问题,该项技术的实际工业应用受到了极大限制。针对该算法的不足,这里提出了基于均匀稀疏矩阵的全聚焦成像算法,通过减少矩阵数据量来提高成像效率。结果表明：相较于传统全聚焦成像算法,基于均匀稀疏矩阵的全聚焦成像算法极大的压缩了数据规模,计算速度同比提高约38%,为全聚焦快速成像提供了一种参考方法。     

接管焊缝超声相控阵多模全聚焦检测技术

接管角焊缝是承压设备的关键部位,也是易于出现危害性缺陷的薄弱环节,因此,针对该薄弱区域的定期检测非常重要。相对于传统超声无损检测,超声相控阵全聚焦对焊缝内部缺陷的定位和定量具有优势。提出了一种针对焊缝内部缺陷的超声相控阵全聚焦方法,将多模成像方法应用于小口径接管焊缝的缺陷检测,实现对焊缝内部缺陷的有效检出。同时,根据检测对象的实际尺寸,通过智能算法计算声束入射参数,选择最佳成像区域,获得了一种有效区域多模融合成像方法。试验结果表明,本方法可检出直径为0.53 mm的角焊缝内部气孔缺陷,相对于单视图成像和普通超声能够有效提高缺陷定量和定位的准确性。     

复合粘接结构脱粘缺陷全聚焦成像模拟及算法优化研究

针对材料声学参数差异较大的复合粘接结构脱粘缺陷检测困难的问题,研究了复合粘接结构的检测原理及难点,分析了脱粘尺寸对回波幅值的影响,提出了将全聚焦算法应用于复合粘接结构的成像检测方法。分别建立了复合粘接结构的常规PA成像检测和全聚焦算法成像检测的有限元检测模型,提出了基于指向性理论的分序列局部全聚焦加速算法,通过设定角度阈值筛选有效阵元序列来提高计算效率。研究结果表明:对于复合粘接结构脱粘缺陷的检测,全聚焦算法成像检测相对常规PA成像检测具有更高的检测精度;应用加速算法后,对于32阵元的相控阵探头,[-4 mm,4 mm]和[4 mm,8 mm]之间矩形目标区域的全聚焦成像检测,计算量降低了34.7%,且未降低成像质量。     

超声CT成像方法及应用

超声CT(超声层析成像)是指根据物体周围的散射波反演物体内部结构图像的技术。由于超声波具有无电离辐射、对人体无害、设备价格便宜等优点,这一技术广泛应用于生物医学工程、无损检测、地球物理、模式识别等领域。本文介绍了超声CT的基本概念、特点、成像方法及国内外的研究应用现状。     

基于SAFT的单晶硅内部缺陷时域检测成像方法

为了提高单晶硅内部缺陷的测量精确度和空间分辨率,针对单晶硅材料提出了合成孔径聚焦技术直接时域重建的方法,将多个A超扫描测量结果连续叠加,合并样本点的相位信息,根据TOF算法实现数据映射和同相求和。基于6 dB-drop的概念,提出了可描述缺陷边界特征的测量方法,进而推测缺陷的范围、位置、形状及特征,为单晶硅切片工序的计算提供更多信息。流时域重建方法可用于处理实验数据,进而描绘缺陷的特征,简单有效地提高空间分辨率。实验结果表明,该方法可清楚辨别出两个间隔小且直径为0.8mm的孔洞,且天然缺陷的尺寸和方位的量化非常接近于实际测量出的切割试样。     

板结构裂纹兰姆波阵列复合成像方法研究

针对板结构中裂纹方向识别及定量检测问题,提出了一种板结构兰姆波阵列复合成像方法。利用超声阵列采集的单模态兰姆波全矩阵数据,分别提取其幅值信息和极性信息,进行全聚焦成像和极性一致成像,并利用极性一致成像对全聚焦成像进行了加权处理;对全阵列进行子阵列划分,计算出各子阵列的特征矢量,并进行加权合成,得到矢量全聚焦成像;利用全聚焦成像的强度信息和矢量全聚焦成像的方向信息,综合得到兰姆波阵列的复合成像,并从中提取出缺陷的方向及空间分布范围等信息。实验结果表明,提出的兰姆波阵列复合成像方法可以很好地实现板中多个裂纹方向识别,其角度测量误差在20%以内。本文工作为裂纹缺陷识别及定量检测做了有益探索。     

基于自回归谱外推的全聚焦成像分辨力提升

针对相邻缺陷全聚焦超声成像混叠问题,结合低阶、宽有效频带自回归谱外推方法,压缩超声波时域脉冲宽度,实现亚波长级全聚焦（Total focusing method,TFM）成像分辨力。建立碳钢试块模型,设置两个中心间距1.8 mm,直径1.3 mm圆孔,选用中心频率2.25 MHz,32阵元相控阵探头采集全矩阵数据。针对全矩阵数据,选择自回归阶数为2,信号频谱最大幅值下降14 dB为有效频带,建立自回归模型并外推有效频带外的高频与低频成分,随后对全矩阵数据进行延迟叠加处理和TFM成像。仿真结果表明,低阶、宽有效频带自回归谱外推处理方法具有较高的鲁棒性和准确性,TFM成像后可有效分离中心间距0.7λ（λ为超声波长）圆孔,保留缺陷横向位置信息的同时,定位误差不超过0.73%。对碳钢试块中相同位置及尺寸的圆孔进行试验验证,定位误差不超过1.06%,有效地提高TFM成像分辨力。     

缺陷散射对相控阵超声全聚焦成像的影响研究

相控阵超声全聚焦成像充分利用了检测信号,具有成像精度高、可进行缺陷识别等特点,是未来最具应用前景的相控阵成像算法之一。然而,目前相控阵超声全聚焦成像仍不能实现缺陷的高分辨率成像,无法对缺陷进行准确的定性、定量分析。为此,采用有限元仿真相控阵传感器的全阵列采集(FMC)过程,在全矩阵数据的基础上设计全聚焦成像程序,对圆孔和裂纹两种典型缺陷进行TFM成像,研究典型缺陷的TFM成像规律,从缺陷散射的角度分析影响相控阵超声全聚焦成像的因素。结果表明,实际检测中相控阵超声传感器只能接收到缺陷的部分散射信息,而相控阵超声在缺陷处的散射场分布与缺陷的类型、尺寸、角度及入射波类型、入射角度等因素有关,因此能否接收到缺陷散射的主要能量是影响全聚焦成像精度的关键。     

成像无损检测中缺陷的分类与面积计算

研究了无损检测中二维图像的结构特点,将缺陷按形状分为三类,即简单缺陷、凹陷缺陷、空洞缺陷,并对缺陷进行了严格的定义,同时,给出了基于边界点的缺陷面积计算公式。     

超声全聚焦成像校正模型及加速算法

超声全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据的成像技术,具有成像精度高、缺陷表征能力强的优点,但也存在数据量大、计算时间长、近表面区域噪声较大的缺点,目前主要应用于后处理成像。针对以上问题,建立了基于阵元指向性函数的成像校正模型;结合并行计算设备,提出了基于三角矩阵数据采集和索引技术的成像加速算法。使用16阵元相控阵探头对带有人工通孔的铝制试块进行检测试验,结果表明,使用加速算法可以将每帧图像成像时间缩短至135 ms以内,满足实时成像的要求;添加校正模型后,对于图像近表面区域噪声抑制效果明显,降低了伪缺陷出现的可能性,提高了图像信噪比。     

多层介质内部缺陷远聚焦成像方法研究

针对常规超声成像方法在多层介质内部缺陷检测中存在的缺陷成像不清晰、定位不准确的问题,开展基于远聚焦像素成像算法的多层介质内部缺陷成像研究。对多层介质引起的声传播特性变化进行分析,以三层介质模型为例,通过仿真分析,将基于时间最短原理的射线追踪法和斯涅尔定理的声传播路径计算结果进行对比,仿真结果表明,在计算的耗时及计算结果的精度上,射线追踪法都高于斯涅尔定理。通过理论推导建立多层介质传播衰减模型,确定透射补偿系数、扩散衰减补偿系数及指向性校准系数,实验结果表明,衰减补偿后缺陷中心的成像幅值提高了6.3 dB,优化后的成像方法能够实现对多层介质内部缺陷的检测,缺陷的定位误差小于0.4 mm,尺寸测量误差小于0.35 mm²。     

厚壁铝管斜入射线聚焦垂直剪切波电磁超声探头设计

为将斜入射线聚焦垂直剪切(SV)波用于厚壁铝管缺陷探伤,提出了用于激励SV波的曲面曲折线圈优化设计方法.以不同曲率工件为检测对象,研究了以平面、平面弯曲及优化曲面的曲折线圈为主要元件的三种仿真模型,结果表明,优化曲面的曲折线圈在大曲率工件中的改进效果最为明显,其指向性精度最高可提高14.53％,探伤幅值最大可增强37....     

矩阵换能器超声三维成像方法研究*

针对常规超声检测难以直观地显示被检对象缺陷的形状及走向等问题,开展矩阵换能器超声三维成像方法研究。超声三维成像技术具有直观显示被测对象内部缺陷三维特征的优点,基于矩阵换能器的超声三维成像方法具有扫查速度快、分辨率高等优点,是当前超声三维成像技术的研究热点。本文介绍了矩阵换能器体扫查原理及其控制方法;提出了矩阵换能器体扫查时三维体数据采集方法和数据融合算法;基于矩阵换能器和相控阵板卡系统对铝标样等试样进行了体扫查检测实验,采用等值面和体绘制两种算法对缺陷进行三维成像,并对单一缺陷进行了定量分析,定量精度较高。研究结果表明,矩阵换能器超声三维成像方法能够表征缺陷的三维形貌特征,在无需移动换能器的情况下便可实现缺陷三维检测,是超声三维检测的有效方法。     

曲面形工件的双探头超声寻位检测方法

针对难以一次定位的曲面形工件的超声检测，提出了一种双探头超声寻位检测方法。对涉及的一些问题给出了可行的解决办法。开发了相应的检测软件，并进行了仿真实验。理论分析与仿真结果表明，该方法是切实可行的。     

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

利用超声成像方法对关注区域成像,对获取缺陷形状、尺度和取向等特征具有重要意义。考虑了21种不同声束路径的模式波,复合叠加各重建点能量最强信号,提出全模式全聚焦方法(FTFM)。利用一组探头楔块,通过一次信号采集实现未知裂纹的轮廓重建与定量检测。针对厚度40 mm碳钢中长度4 mm,中心深度25 mm,取向角度分别为0°、±20°、±50°和±80°的裂纹,采用64阵元、中心频率5 MHz线阵探头配合45°纵波楔块实施全矩阵捕捉(FMC)和FTFM成像,仿真和实验均重建了裂纹完整轮廓,裂纹长度、取向和中心深度定量误差分别不超过0.60 mm、2.39°和0.73 mm。最后,为保证FTFM成像质量,检测时应合理选择相控阵探头参数,并移动探头至最佳位置处采集FMC信号。     

基于二维等效声速的频域全聚焦超声成像研究

为了提高对碳纤维增强复合材料分层缺陷定位定量的精度,提出了一种基于二维等效声速映射的精准频域全聚焦方法三维成像技术。该技术首先将子矩阵的划分标准从激励点位置变为激励-接收间距,获得了一个新的全矩阵数据;然后将变换后的二维子矩阵变换至频域,根据深度和空间频率的变化推导出精准的二维等效声速映射,来匹配子矩阵数据中的收发分离信号,并结合角谱运算得到子矩阵频域重构图;运用快速傅里叶逆变换得到子矩阵聚焦图并将其融合得到全聚焦图像;最后运用多平面三维重构技术得到最终三维图像。结果表明,与传统F-TFM和F-SAFT算法相比,所提算法有效抑制了旁瓣效应的产生,双缺陷间距的定量误差缩减了20.31%,缺陷宽度定量误差分别缩减了5.43%和6.3%;当缺陷深度和双缺陷间距发生变化时仍可保证较高的检测灵敏度。     

相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法及其校准研究

相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据的虚拟聚焦后处理成像技术,因其具有精度高、算法灵活等优点成为近年来的研究热点。为了解决该算法在楔块耦合检测模式下的校准问题,介绍全矩阵数据及全聚焦成像算法的基本概念,通过对所存在问题的分析,建立双层介质的能量衰减模型;从指向性、透射和扩散三个方面分析声束传播路径上的能量衰减,计算衰减校准系数,提出基于校准的改进算法;分别采用未校准、平方根校准和自建模型校准的三种全聚焦算法对B型相控阵标准试块进行检测成像试验,从试验结果可以看出,平方根校准的算法能适当修正大声程的能量衰减,而自建模型校准的算法对于大声程、大偏转角的能量衰减都有较好的改善,使图像的能量更加均匀;此外,相比未校准和平方根校准,自建模型校准的算法具有更大的检测角度范围,有能力检测出大偏转角的缺陷。研究工作表明,校准后的全聚焦成像算法能够扩大检测角度范围、改善图像的能量均匀性,检测漏检率及缺陷定量误差得到有效降低。     

基于超声相控阵全聚焦DAC图谱的钢轨缺陷定量方法

用相控阵全聚焦(Total focusing method,TFM)技术复核钢轨缺陷的超声检测结果时,存在缺陷定量不够准确的问题.对此本研究将传统的距离幅值校正(Distance amplitude correction,DAC)方法引入到了 TFM技术中:结合声场模型、系统函数和缺陷散射模型,建立超声测量模型以预测钢...     

混凝土柱内部缺陷的红外热成像无损检测

以含有缺陷的混凝土结构试件为研究对象,运用传热学理论,对热流在试件内部的传递过程进行了仿真分析,获得了试件表面的温度信号.结果表明,缺陷处与完好材料处对应试件表面温度存在着明显差异,红外热成像无损检测技术可用于实现对混凝土内部缺陷的检测.