超声相控阵成像技术研究.pdf

超声相控阵是一种通过对超声阵列换能器中各阵元进行相位延时控制，获得灵活可控的合成波束以实现动态聚焦和高速扫查的检测技术。 近年来，现代工业诊断与检测技术正在向信息化和可视化方向高速发展，数字化超声相控阵检测技术已逐渐成为国内外无损检测研究的热点。 本文主要论述了相控阵超声检测相关理论，包括超声相控阵辐射的相关理论、相控阵超声检测的原理及检测时声束的控制方法。深入分析了相控阵超声阵列探头阵元间距、宽度、阵元数对探头性能的影响，为制作高性能的相控阵探头提供了依据。以动态光弹实验为基础，提出了冲击响应波前模拟方法，并对圆棒内声场和圆孔散射声场建立了具体的正演算法。正演结果和动态光弹实验结果的对比，证明了该正演方法的正确性。 文中提出一种类似综合孔径聚焦的准相控阵检测的方法。采用检测信息的数值合成聚焦代替实时动态聚焦，可以得到与相控阵相同的检测信息。 具体而言：重复激励某些阵元，依次高速记录各个阵元接收到的超声全波列信号，用软件分析方法对各阵元接收的信息进行时延后的数值合成聚焦处理。 检测区域的每一个检测点对应一定的时延序列，合成各延迟序列的声波数值信号可以得到各个控阵扫查聚焦点的检测信息。这样，发挥了计算机在时域信号处理的能力，将数字接收通道的个数降低到一个，大幅度削减了设备成本，打开了相控阵检测用于普通工业探伤的大门。 基于准相控阵检测方法，构建了一套49通道的线阵超声信号的采集和处理实验系统。根据叠加原理，把单元发射和接收的信号按照波动学规律合成，即通过计算机把数值信号在时一空域中合成的聚焦方式，得到了与相控阵聚焦相同的检测信息。 该系统经实验表明：能够达到相控阵检测信号的强度；极大的提高了检测信噪比；有足够的检测灵敏度；等同于相摔阵的检测分辨率。 检测结果与实际缺陷情况吻合，验证了准相控阵检测方法的可行性，并且为相控阵超声用于工业检测提供了一条新路径。