非线性合成孔径聚焦超声成像

论文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。同时,为了进一步提高分辨率;设计了基于相关系数的非线性合成孔径聚焦算法。然后利用此算法对试块成像,结果表明,与延时叠加合成孔径算法相比,基于相关性分析的非线性合成孔径算法提高了图像的分辨率,改善了图像质量。

基于混凝土缺陷超声检测的合成孔径聚焦成像

由于混凝土的随机性,超声波在混凝土中传播伴随着强烈的衰减、反射以及散射作用,回波信号信噪比低,带有损伤信息的有效反射信号同背景噪声混叠畸变。传统超声信号处理难以识别缺陷的具体信息,本文引入了频域合成孔径聚焦算法对超声回波数据进行成像处理,并开展了对混凝土空洞缺陷的数值模拟和试验研究,采用道内平衡处理方法,对混凝土深部信号进行了增强处理,提高了缺陷回波的质量,对多次自发自收数据进行了频域合成孔径成像处理,空洞缺陷的绕射波被收敛,提高了100 kHz超声波的检测成像效果;同时预制了双空洞混凝土试件,使用宽频带窄脉冲探头进行现场混凝土空洞缺陷超声波检测试验,结果与数值模拟结果基本吻合,证明了合成孔径聚焦技术能够使混凝土缺陷的绕射波得到了很好的收敛,有效提高了小孔径超声波探头的分辨率。

基于动态阵元合成孔径聚焦超声成像的平板陶瓷膜内部缺陷三维重建

针对平板陶瓷膜内部缺陷可视效果差和超声三维重建运算数据量大等问题,提出了一种基于动态阵元合成孔径聚焦超声成像的平板陶瓷膜内部缺陷三维重建方法。动态阵元合成孔径聚焦超声成像方法是通过在缺陷区域使用多阵元合成孔径,在非缺陷区域使用单阵元合成孔径。采用动态阵元合成孔径聚焦超声成像方法获取多个位置序列的平板陶瓷膜的缺陷B扫描图像,并采用体绘制的方法,实现了平板陶瓷膜缺陷的三维可视化。实验结果表明,采用动态阵元合成孔径聚焦超声成像方法时划痕的重建相对误差在1.27%~2.70%之间,对孔洞的重建相对误差在2.38%~3.03%之间,重建速度平均提高了26.57%。通过对缺陷的三维重建,使得缺陷的呈现更加直观,为后续的缺陷分析的客观性提供了保障。提出的方法具有良好的适应性、经济性,在无损检测领域有重要的意义。

基于均方根速度的水浸超声合成孔径聚焦成像

为提高水浸超声合成孔径聚焦成像的计算效率,采用均方根速度模型进行时域合成孔径聚焦成像。通过均方根速度模型求解多层介质中声束传播时间,并与斯涅耳定律求解的精确传播时间进行对比,验证均方根速度模型的精度;以钢试块的水浸超声检测为例,研究了B扫查成像、基于射线跟踪技术和基于均方根速度的合成孔径聚焦成像,提取了3种方法下缺陷孔沿横向中心轴线及纵向中心轴线处的电压幅值。分析结果表明,两种合成孔径聚焦成像方法的成像分辨率及信噪比基本一致,基于均方根速度的合成孔径聚焦成像效率提高约15倍,为水浸超声检测提供了一种高效的合成孔径聚焦成像方法。

激光超声的多模式合成孔径聚焦成像仿真分析

针对激光超声体波在检测材料内部缺陷时反射信号弱、信噪比较差的问题,提出了一种基于激光超声的多模式合成孔径聚焦成像方法。通过耦合激光激发超声方向性、干涉仪探测超声方向性、超声波与缺陷作用后声场分布方向性得到声场灵敏度图,再根据声场灵敏度图和不同模式波的传播特性预测不同位置分布缺陷的最佳成像模式波,从而使用多模组合的合成孔径聚焦成像方法对缺陷成像。使用有限元方法对该成像过程进行数值模拟来验证其可行性,成像结果与理论预测一致。采用这一缺陷成像方法可减小盲区,消除伪像,从而提高图像质量。

应用于教学实验的水浸超声合成孔径聚焦成像算法

应用JDUT-1B型超声波扫描成像实验仪得到超声B扫描图像,使用延时取整的SAFT成像算法、引入小数延时系数的SAFT成像算法以及SAFT相关性成像算法处理图像.实验结果表明:处理后的图像较处理前图像的成像效果较为明显,横向分辨率有很大提高,将SAFT成像技术应用于教学实验具有可行性.

基于不同相控聚焦模式的非线性超声阵列成像方法研究

发展一种用于缺陷定位的非线性超声阵列成像方法。研究聚焦声场的时间-空间传播特点以及形成扩散声场的条件,分析并行聚焦和顺序聚焦的扩散声场声动能与非线性效应的关系,提出利用超声阵列在两种聚焦模式下激励带宽内(基波)声动能差值表征的非线性超声成像方法。进一步研究时延及时间窗宽对两种检测模式的扩散声动能及非线性成像的影响,优化出有效的非线性成像参数。结果表明:时延的选择对成像结果影响较大,时间窗宽的选择对成像结果影响较小;在一定时延范围内,均可以形成稳定的扩散声场,在该时延范围内可以较好实现微裂纹检测。利用提出的非线性超声阵列成像方法很好地实现了结构中微裂纹检测及成像。

基于合成孔径聚焦成像技术的混凝土缺陷检测实验分析

为研究合成孔径聚焦成像技术在混凝土缺陷识别中的应用,先后采用常规的超声脉冲法(探头频率50 kHz)与合成孔径聚焦成像法(探头频率50 kHz,32阵元)对预制缺陷的混凝土试块进行检测对比,分析混凝土内部预制缺陷在两种超声检测方法中的成像特征。研究结果表明,传统的超声检测方法无法准确判断出混凝土内部结构缺陷,且对缺陷尺寸信息的获取较少。采用合成孔径聚焦成像法获得混凝土内部结构的二维B扫图像可以准确识别出50 mm深度以下,缺陷横向直径为40 mm,纵向厚度为3 mm的空洞缺陷,并能够准确读取该缺陷在混凝土试块中的相对位置信息,从而达到定量分析的目的。

聚焦探头水浸检测下的频域合成孔径聚焦技术

为了满足自动化在线定量超声无损检测(UNDT)的应用需求,解决传统相移频域合成孔径聚焦技术(SAFT)以平面探头为基础而难以适用于聚焦探头所存在的问题,开展应用于聚焦探头水浸检测的频域SAFT成像技术研究.在分析传统相移频域SAFT成像原理及建立其与时域SAFT方法等效关系的基础上,通过分析聚焦探头在焦平面前后的声程与平面探头的异同,利用上述等效关系将2种探头波达时间的差异转换为频域上的相位补偿,推导聚焦探头水浸检测信号的相移逐层递推公式,发展出一种适用于聚焦探头水浸检测的频域SAFT成像技术.仿真与实验研究表明,采用该技术解决了传统相移方法直接应用于聚焦探头水浸检测所存在的过矫正问题,在聚焦探头水浸检测中应用,具有高横向分辨率和高实时性的成像能力.

金属圆棒超声螺旋扫查检测的合成孔径成像技术

为实现金属圆棒的定量无损检测(QNDT),在经典的Cartesian坐标系超声合成孔径(SAFT)理论指导下,提出了极坐标系下的合成孔径聚焦成像(pSAFT)算法及其环绕式时域合成孔径聚焦技术(ST-SAFT)。基于螺旋扫查自动检测系统推导了采用有效合成孔径弧度(SAR)表示的延时叠加成像表达式;通过制备横孔型人工缺陷试样进行检测实验,将超声检测数据经ST-SAFT处理后成像为圆截面断层扫描图;再运用图像边缘识别法进行定量评价该方法对缺陷检测的定量定位分辨率。结果表明:ST-SAFT孔径测量值与实际值相当;横孔定位准确;成像分辨率显著优于B扫描结果;每圆截面成像速率可达毫秒量级,可与棒材检测一周的机械扫查速率相匹配。该技术可用于提升金属圆棒超声检测设备的技术水平和提高棒材使用安全性保障能力。

超声相关加权合成断面成像检测方法研究

本文首先介绍了合成孔径聚焦超声成像的基本原理。针对提高成像的分辨率和信噪比问题 ,研究了原始采样信号的相关性 ,提出了一种基于信号相关度加权的合成新算法和原始数据预处理方法。利用改进方法对试样进行了断面成像实验 ,实验结果表明 :与传统的延时 -叠加合成孔径算法相比 ,新方法提高了图像的横向分辨率和信噪比 ,改善了图像质量。

基于超声频域合成孔径聚焦成像技术的板中缺陷成像研究

随着现代工业的迅速发展,人们对工业无损检测定量分析的要求也越来越严格。本文针对板中缺陷检测的问题在频域合成孔径算法理论的基础上,通过多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics进行数值模拟,将仿真得到的A扫数据导入MATLAB软件中进行相位迁移算法处理,得到了二维缺陷重构图像,将50张引入阈值为0.3后的二维缺陷重构图像进行叠加得到了三维缺陷重构图。由缺陷重构结果可知,经过相位迁移算法处理后缺陷中心位置与仿真模型中预设位置X轴坐标相对误差范围为2%~2.5%,Y轴坐标相对误差范围为0%~2%。

基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像检测

超声水平剪切(shear horizontal,SH)导波成像检测旨在解决平板检测中检测距离增加时分辨力降低的问题。该文运用合成孔径聚焦原理,构建了16通道超声SH导波成像检测实验系统,通过分析阵列信号时频域特征揭示了声波与缺陷间相互作用的规律,对SH导波合成孔径聚焦成像算法进行了讨论,阐明了导波阵列信号时空域信息合成在聚焦成像中的应用。研究结果表明:合成孔径聚焦可用于超声SH导波成像检测,所成图像能够表征钢板中检测距离2 m以上、尺寸当量大于5 mm的缺陷信息,为深入开展工业在役大尺度结构板材的缺陷成像检测和结构健康监测提供了基础。

SAFT成像技术在棒材超声成像检测中的应用

以变形钛合金棒材为检测对象,将超声合成孔径聚焦技术(SAFT)算法进行适当的改进,使其适合棒材检测。对棒材试块进行SAFT成像和B扫描成像,通过比较,发现SAFT成像能够增强缺陷信号,提高检测灵敏度。

基于合成孔径聚焦技术的煤岩超声成像检测研究

为了提高超声波换能器检测煤岩界面的成像效果,分析煤岩声阻抗差异和超声波指向性的特征,提出了超声波合成孔径聚焦的煤岩成像检测.基于非均质散射场理论,建立煤岩声场模型,开展了煤岩模型的超声波合成孔径聚焦成像检测的数值模拟,获得了不同类型煤质模型的成像图像.采用超声波合成孔径聚焦成像检测方法,完成了0.4和0.5m煤厚的模拟样成像检测实验与理论研究.仿真与实验结果表明,基于非均质散射场理论的煤岩合成孔径聚焦超声波成像检测建模与数值模拟是正确的,合成孔径聚焦技术有效地提高了超声波成像检测图像的分辨率.

超声横波反射三维成像技术及在水工混凝土缺陷诊断中的应用

水利工程在长期运行的过程中,其混凝土构件会出现磨蚀、裂缝等损伤,如不及时进行处理,将会严重影响水利工程的安全运行。本文以混凝土内部缺陷所导致的波阻抗差异为基础,采用超声横波反射三维成像法探测。该方法具有横波探测、阵列式耦合、相控阵成像、合成孔径聚焦等特点,在多发多收的配置下,可实现对地下目标高信噪比、强分辨力、强穿透力、高工作效率的探测。通过将超声横波反射三维成像法应用于水工混凝土地面和蜗壳内部侧墙的混凝土裂缝精细化检测,为后续维护、维修提供有效的数据服务和决策支持。实践证明,超声横波反射三维成像技术在裂缝、脱空等水工混凝土缺陷诊断中具有良好的应用效果,值得在同类案例中进行应用和推广。

厚壁焊缝阵列超声SH波检测的成像方法

采用超声水平剪切SH波检测粗晶材料厚壁钢板内的2mm人工缺陷横孔并对其聚焦成像。搭建了20通道阵列超声SH波检测成像试验系统,检测待检的奥氏体不锈钢试样内部竖直排布的13个间距30mm±1mm,深度范围10～380mm,尺寸小于检测波波长(3.09mm)的人工缺陷。基于合成孔径聚焦原理对各通道信号处理并成像,准确定位了缺陷中心,并以一个检测波长以内的误差表征了缺陷大小。为高温高压下工作的钢制大型设备的焊缝在线检测提供了依据。

基于横波检测的激光超声底部缺陷成像方法

针对超声衍射横波检测方法存在检测精度差、信号信噪比低以及底部缺陷检测不适用的问题,针对底部缺陷提出了一种激光超声反射横波的合成孔径聚焦成像新方法。首先建立了金属底部缺陷的二维瞬态激光超声力-固耦合模型,分析了激光超声激励下的底部缺陷的声波传播特性。然后搭建了激光超声检测平台,对10mm厚铝板底部缺陷进行合成孔径聚焦成像,仿真与实验成像结果表明,新方法能反映出底部缺陷的宽度,与实际宽度误差在5%以内。

合成孔径聚焦声成像时域算法研究

本文介绍了宽带合成孔径聚焦声成像时域重建算法设计，及在486微机上的仿真计算结果；计算参数是按实际实验系统设计选取的。