專利名稱：一種基于寬頻帶超聲相控陣的缺陷檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種基于寬頻帶超聲相控陣的缺陷檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
超聲相控陣換能器是由多個(gè)相互獨(dú)立的壓電晶片組成的陣列，按一定的規(guī)則和時(shí)序用電子系統(tǒng)控制激發(fā)各個(gè)晶片單元，來(lái)調(diào)整焦點(diǎn)的位置和聚集的方向，相控陣換能器最顯著的特點(diǎn)是可以靈活、便捷而有效地控制聲束形狀和聲壓分布。超聲波在檢介質(zhì)中傳播相對(duì)于距離成指數(shù)衰減，距離陣元較遠(yuǎn)的目標(biāo)接收到的超聲信號(hào)較弱，攜帶缺陷信號(hào)的回波信號(hào)信噪比較低，導(dǎo)致遠(yuǎn)處目標(biāo)成像受噪音干擾嚴(yán)重，成像質(zhì)量明顯下降。傳統(tǒng)的相控陣信號(hào)存在頻帶單一、疊加信號(hào)信噪比低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)相控陣信號(hào)存在的頻帶較窄、檢測(cè)信號(hào)分辨率較低的問(wèn)題，通過(guò)提高發(fā)射信號(hào)帶寬的方法提高信噪比和分辨率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于寬頻帶超聲相控陣的缺陷檢測(cè)方法，相控陣各陣元分布在不同的諧振頻帶，這樣多個(gè)陣元的疊加信號(hào)頻帶就有較大程度地增加，該方法包括:在發(fā)射端，由多個(gè)陣元采用調(diào)制編碼激勵(lì)，并發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的大時(shí)寬、大帶寬的線性調(diào)頻信號(hào)，所述線性調(diào)頻信號(hào)在焦點(diǎn)處聚集，并反射信號(hào)；在接收端，各陣元接收所述反射信號(hào)，并經(jīng)過(guò)延時(shí)校正后使信號(hào)分布在相同的時(shí)窗范圍內(nèi)；根據(jù)各陣元接收的反射信號(hào)進(jìn)行頻域內(nèi)的匹配濾波，將匹配濾波信號(hào)在頻域內(nèi)相干合成，獲得頻域內(nèi)的寬帶信號(hào)，反快速傅里葉變換后，得到時(shí)域脈沖壓縮信號(hào)。本發(fā)明通過(guò)將脈沖壓縮方法和寬帶超聲相控陣相結(jié)合，從而提高發(fā)射信號(hào)帶寬，通過(guò)在接收端將回波信號(hào)在頻域內(nèi)疊加后脈沖壓縮，得到分辨率較高的脈沖壓縮信號(hào)，實(shí)現(xiàn)微小缺陷的精確檢測(cè)。


通過(guò)以下結(jié)合附圖以舉例方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特征、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加明顯。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于寬頻帶超聲相控陣的缺陷檢測(cè)方法流程圖；圖2為線性相控陣陣列示意圖；圖3為混凝土表面的缺陷模型；圖4為32道陣元接收的反射信號(hào)示意圖；圖5為頻域匹配濾波后疊加信號(hào)G ( ω )的模；
圖6為32道陣元信號(hào)拼接后的壓縮結(jié)果示意圖；圖7為非匹配濾波處理后的壓縮結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例將脈沖壓縮方法應(yīng)用到超聲相控陣檢測(cè)與成像中，可使得超聲檢測(cè)與成像系統(tǒng)在不犧牲信噪比的情況下提高分辨率，從而實(shí)現(xiàn)微小缺陷的精確檢測(cè)。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于寬頻帶超聲相控陣的缺陷檢測(cè)方法流程圖。如圖1所示，該方法應(yīng)用于由多個(gè)陣元構(gòu)成的超聲相控陣換能器中，相控陣各陣元分布在不同的諧振頻帶，這樣多個(gè)陣元的疊加信號(hào)頻帶就有較大程度地增加，其方法包括步驟101-103。在步驟101，在超聲相控陣換能器的發(fā)射端，由多個(gè)陣元采用調(diào)制編碼激勵(lì)，上述編碼激勵(lì)具有相同的帶寬和時(shí)寬。發(fā)射端發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的大時(shí)寬、大帶寬的線性調(diào)頻信號(hào)，所述線性調(diào)頻信號(hào)在焦點(diǎn)處聚集，并反射信號(hào)。在一個(gè)例子中，如圖2所示，設(shè)置焦點(diǎn)P，陣元間距為d，將陣列中心定為參照原點(diǎn)，陣元η的延時(shí)Stn= (r-rn)/c,其中c為介質(zhì)波速。超聲相控陣換能器的發(fā)射端選取相鄰陣元中心頻率遞增的N個(gè)陣元，此N個(gè)陣元為I組，在實(shí)際應(yīng)用中同樣也可以選用多組陣元。根據(jù)陣元的中心頻率fn，編輯N個(gè)線性調(diào)頻編碼信號(hào)8~用于編碼激勵(lì)，SCn中心頻率為fn，scn具有相同的帶寬B和時(shí)寬T，且B=fn+1-fn，n=l, 2，…N_l。需要說(shuō)明的是，為保證信號(hào)具有良好的脈沖壓縮特性，且不影響計(jì)算效率，Sc1Jf號(hào)的脈沖寬度T與帶寬B的乘積宜大于5,且小于100。上述線性調(diào)頻編碼信號(hào)SCn可利用公式(I)進(jìn)行編輯，
權(quán)利要求
1.一種基于寬頻帶超聲相控陣的缺陷檢測(cè)方法，應(yīng)用于由多個(gè)陣元構(gòu)成的超聲相控陣換能器中，其特征在于: 在發(fā)射端，由所述多個(gè)陣元采用調(diào)制編碼激勵(lì)，并發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的大時(shí)寬、大帶寬的線性調(diào)頻信號(hào)，所述線性調(diào)頻信號(hào)在焦點(diǎn)處聚集，并反射信號(hào)； 在接收端，各陣元接收所述反射信號(hào)，并經(jīng)過(guò)延時(shí)校正后使信號(hào)分布在相同的時(shí)窗范圍內(nèi)； 根據(jù)所述各陣元接收的反射信號(hào)進(jìn)行頻域內(nèi)的匹配濾波，將匹配濾波信號(hào)在頻域內(nèi)相干合成，獲得頻域內(nèi)的寬帶信號(hào)，反快速傅里葉變換后，得到時(shí)域脈沖壓縮信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述線性調(diào)頻編碼信號(hào)通過(guò)以下公式獲取，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，基特征在于，所述多個(gè)陣元是相鄰陣元頻帶有一定重疊且中心頻率遞增的N個(gè)陣元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述由所述多個(gè)陣元采用調(diào)制編碼激勵(lì)，并發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的大時(shí)寬、大帶寬的線性調(diào)頻信號(hào)步驟包括: 根據(jù)多個(gè)陣元的中心頻率，編輯N個(gè)線性調(diào)頻編碼信號(hào)用于編碼激勵(lì)，所述編碼激勵(lì)具有相同的帶寬和時(shí)寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述編碼信號(hào)的脈沖寬度與帶寬的乘積大于5且小于100。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于寬頻帶超聲相控陣的缺陷檢測(cè)方法，應(yīng)用于由多個(gè)陣元構(gòu)成的超聲相控陣換能器中，該方法包括在發(fā)射端，由多個(gè)陣元采用調(diào)制編碼激勵(lì)，并發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的大時(shí)寬、大帶寬的線性調(diào)頻信號(hào)，所述線性調(diào)頻信號(hào)在焦點(diǎn)處聚集，并反射信號(hào)；在接收端，各陣元接收所述反射信號(hào)，并經(jīng)過(guò)延時(shí)校正后使信號(hào)分布在相同的時(shí)窗范圍內(nèi)；根據(jù)所述各陣元接收的反射信號(hào)進(jìn)行頻域內(nèi)的匹配濾波，將匹配濾波信號(hào)在頻域內(nèi)相干合成，獲得頻域內(nèi)的寬帶信號(hào)，反快速傅里葉變換后，得到時(shí)域脈沖壓縮信號(hào)。本發(fā)明不但能提高發(fā)射信號(hào)帶寬、還能獲得分辨率較高的脈沖壓縮信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)微小缺陷的精確檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N29/04GK103175893SQ201310044999
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者李長(zhǎng)征, 張碧星, 師芳芳, 沈建中 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所