一種寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法及系統(tǒng)，所述方法包含如下步驟：步驟101）用于聚焦發(fā)射的步驟，采用如下的激勵信號來控制換能器各陣元的導(dǎo)波分量發(fā)射的時間延遲，使得各陣元發(fā)出的所有頻率分量的導(dǎo)波同時到達預(yù)定焦點實現(xiàn)聚焦；其中，F(xiàn)′j(ω)表示第j個陣元發(fā)射的激勵信號的頻譜，ω為角頻率，rj為第j個陣元到焦點的距離，v表示導(dǎo)波傳播的相速度，F(xiàn)(ω)表示換能器激勵信號的窗函數(shù)的幅度，rj/v為用于實現(xiàn)導(dǎo)波分量延時的時延值；步驟102）用于聚焦接收的步驟，該步驟將換能器各陣元接收的回波信號進行時間反轉(zhuǎn)處理，并設(shè)定將時間反轉(zhuǎn)處理后的信號作為激勵信號加載到換能器對應(yīng)的陣元上進行激勵，然后計算得到預(yù)設(shè)焦點處的聲信號作為聚焦接收后的檢測信號。
【專利說明】一種寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種寬帶超聲導(dǎo)波相控陣掃描與檢測方法，可在寬頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)超聲導(dǎo)波的聚焦、掃描和檢測，即本發(fā)明提供一種寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲導(dǎo)波相控陣技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種超聲無損檢測技術(shù)，常應(yīng)用于管道和板材等較長距離范圍內(nèi)的超聲檢測。導(dǎo)波具有強烈的頻散特性，隨著傳播距離的增加，導(dǎo)波波形會變得越來越長，造成散焦，不利于檢測。因而，到目前為止，導(dǎo)波相控陣技術(shù)都是采用窄帶相控陣方法，或者是把聲源頻段選擇在導(dǎo)波群速度變化比較平緩的區(qū)域，其目的是為了避開導(dǎo)波的頻散效應(yīng)來進行導(dǎo)波相控陣掃描和檢測。
[0003]然 而，在實際檢測中，要完全避免導(dǎo)波的頻散效應(yīng)是不可能的，因為超聲換能器總存在一定的帶寬，實際激勵出的導(dǎo)波總分布在一定的頻帶范圍之內(nèi)。另一方面，要將聲源頻帶控制在導(dǎo)波群速度變化平緩的區(qū)域也是比較困難的。這些因素都使得導(dǎo)波相控陣技術(shù)難以達到很好的信噪比，不能很好地實現(xiàn)導(dǎo)波的聚焦、掃描和檢測。
[0004]對于給定的焦點，如果能使各陣元發(fā)出的所有頻率分量的導(dǎo)波都能同時到達焦點處實現(xiàn)導(dǎo)波聚焦，那么就能解決上述問題。本專利正是針對這一問題而提出的，能使相控陣換能器各陣元發(fā)出的所有頻率分量的導(dǎo)波都能同時到達焦點實現(xiàn)聚焦，并通過電子系統(tǒng)來控制焦點位置實現(xiàn)掃描和檢測。
[0005]目前的導(dǎo)波相控陣技術(shù)都是通過選擇導(dǎo)波的常群速度區(qū)域或者窄帶范圍內(nèi)的相控陣方法來實現(xiàn)的。我們在多年研究基礎(chǔ)上，特提出本專利，實現(xiàn)寬帶范圍內(nèi)的超聲導(dǎo)波相控陣聚焦、掃描與檢測。和傳統(tǒng)導(dǎo)波相控陣技術(shù)相比，本專利技術(shù)能將所有成分的導(dǎo)波能量都聚焦在目標上，極大程度地提高檢測信號的信噪比，從而具有更高的檢測靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的，為了解決傳統(tǒng)超聲導(dǎo)波相控陣換能器不能應(yīng)用于寬帶激勵和檢測的困難，提供一種寬帶導(dǎo)波相控陣掃描和聚焦方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法，所述方法包含如下步驟:
[0008]步驟101)用于聚焦發(fā)射的步驟，該步驟中超聲相控陣換能器的各陣元發(fā)射的激勵信號的頻譜由以下公式給出，采用該激勵信號來控制換能器各陣元的導(dǎo)波分量發(fā)射的時間延遲，使得各陣元發(fā)出的所有頻率分量的導(dǎo)波同時到達預(yù)定焦點實現(xiàn)聚焦；
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法，該方法采用相控陣實現(xiàn)對目標的檢測信號，所述方法包含如下步驟: 步驟101)用于聚焦發(fā)射的步驟，該步驟采用如下激勵信號來控制換能器各陣元發(fā)射的導(dǎo)波分量發(fā)射的時間延遲，使得各陣元發(fā)出的所有頻率分量的導(dǎo)波同時到達預(yù)定焦點實現(xiàn)聚焦；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶導(dǎo)波相控陣掃描方法，其特征在于，所述的方法還包含:動態(tài)設(shè)置預(yù)設(shè)焦點的位置并調(diào)整各陣元的激勵信號實現(xiàn)對不同位置的掃描。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法，其特征在于，所述步驟101)進一步包含: 首先，對于某預(yù)定的焦點，按照上述公式(I)通過計算得到換能器各陣元的激勵信號，將這個激勵信號加載到對應(yīng)的陣元上，此時聲場將在預(yù)設(shè)焦點處實現(xiàn)聚焦；然后，不斷地改變焦點的位置，對于每一個焦點位置，都分別按照公式(I)得到各陣元的激勵信號，使聲場聚焦在焦點上，這樣就實現(xiàn)了聲場的聚焦與掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法，其特征在于，所述步驟102)進一步包含: 首先，對于每一焦點位置，在步驟101)中的聚焦發(fā)射過程之后，換能器各陣元接收到回波信號，并將這個回波信號進行時間反轉(zhuǎn)處理； 然后，假設(shè)將時間反轉(zhuǎn)處理后的信號加載在換能器對應(yīng)的陣元上進行激勵，計算出焦點處的聲信號； 最后，將計算出的聲信號作為聚焦接收過程中的檢測信號，依據(jù)該檢測信號判斷掃描介質(zhì)的性質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法，其特征在于，所述窗函數(shù)幅度在換能器帶寬范圍內(nèi)設(shè)置。
6.一種寬帶導(dǎo)波相控陣發(fā)射接收系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含: 發(fā)射子系統(tǒng)，用于產(chǎn)生超聲換能器陣列的激勵脈沖信號，該激勵信號用于加載在換能器陣元上控制各陣元發(fā)出導(dǎo)波所有的頻率分量延時，最終使導(dǎo)波同時到達預(yù)定焦點實現(xiàn)聚焦； 接收子系統(tǒng)，用于接收超聲換能器各陣元上的回波信號，并將回波進行時間反轉(zhuǎn)處理，然后假設(shè)將這個時間反轉(zhuǎn)處理后的信號加載到對應(yīng)的陣元上發(fā)射出去，接收子系統(tǒng)計算得到焦點處的聲信號，將這個信號將作為待測目標聚焦接收過程中的檢測信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬帶導(dǎo)波相控陣掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述的發(fā)射子系統(tǒng)進一步包含:激勵脈沖產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生如下的激勵脈沖信號:
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射子系統(tǒng)還包含: 焦點位置設(shè)定模塊，用于動態(tài)調(diào)整預(yù)設(shè)焦點在待測目標中的位置，實現(xiàn)對目標的掃描。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬帶導(dǎo)波相控陣聚焦掃描方法，其特征在于，所述接收子系統(tǒng)進一步包含: 接收模塊，用于對超聲換能器各陣元接收到的回波信號進行采集和存儲； 處理模塊，用于將接收到的信號一次進行如下處理:首先將接收到的回波信號進行時間反轉(zhuǎn)處理，然后假設(shè)將時間反轉(zhuǎn)處理得到的信號加載到換能器對應(yīng)的各陣元上進行激勵，并計算出焦點處的聲信號，將該聲信號作為聚焦接收后的檢測信號；和 顯示模塊，用于將處理模塊中得到的檢測信號進行多種圖像處理，并給出多種圖像來顯示導(dǎo)波相控陣的檢測結(jié)果。
【文檔編號】G01N29/22GK103837601SQ201210487851
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月26日
【發(fā)明者】張碧星, 謝馥勵, 宮俊杰, 師芳芳 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所