專利名稱：超聲相控陣成像系統(tǒng)的制作方法
超聲相控陣成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種超聲成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)單路收發(fā)裝置所采集的回波信號(hào)進(jìn) 行一維波形和二維圖像顯示，并判別缺陷的位置和形狀。
背景技術(shù)：
超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，具有動(dòng)態(tài)聚 焦、成像檢測(cè)、可檢測(cè)復(fù)雜形狀物體、高檢測(cè)靈敏度、分辨力和信噪比等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)， 正成為國(guó)際無(wú)損檢測(cè)界的研究熱點(diǎn)。超聲相控陣技術(shù)通過(guò)對(duì)超聲陣列換能器中各陣元進(jìn)行 相位控制，獲得靈活可控的合成波束。超聲相控陣采用脈沖回波法進(jìn)行探傷，其中相控陣的聚焦包括發(fā)射聚焦和接收聚 焦。在發(fā)射聚焦中，為了達(dá)到波束的聚焦和偏轉(zhuǎn)，會(huì)對(duì)超聲相控陣中的陣元以不同的脈沖延 時(shí)激發(fā)。波束聚焦是通過(guò)給陣元施加一個(gè)對(duì)稱的、拋物線型的時(shí)間延遲，產(chǎn)生法線方向上聚 焦的波束；波束偏轉(zhuǎn)是通過(guò)給陣元施加一個(gè)傾斜的時(shí)間延遲，達(dá)到聲束偏轉(zhuǎn)的目的；聚焦 延時(shí)與偏轉(zhuǎn)延時(shí)疊加可以實(shí)現(xiàn)在不移動(dòng)探頭的情況下，對(duì)試塊進(jìn)行二維掃描。而接收信號(hào) 時(shí)的方向控制也用延時(shí)控制，按照與發(fā)射相同的延時(shí)量進(jìn)行延時(shí)，把延遲后采集到的信號(hào) 進(jìn)行疊加，可以使來(lái)自焦點(diǎn)附近的回波信號(hào)得到增強(qiáng)，而減弱甚至抵消聚焦區(qū)域以外的回 波信號(hào)，達(dá)到接收聚焦的目的，即獲得聚焦點(diǎn)的回波。A型脈沖反射式超聲波探傷儀于1946年由英國(guó)D. 0. Sproule制成，用于鋼材的探 傷。A掃描提供的是信號(hào)振幅和時(shí)間的關(guān)系，根據(jù)波形只能判斷缺陷的有無(wú)，無(wú)法對(duì)缺陷進(jìn) 行定位和定性分析，直觀性差。B型超聲成像技術(shù)是在A型成像技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的， 它采用輝度調(diào)制方式，能將檢測(cè)對(duì)象斷層面上的超聲信息以空間二維分布的形式顯示出來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服A掃信號(hào)的不足，而提供一套超聲相控陣成像軟件系 統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的根據(jù)相控陣原理，該系統(tǒng)采用延遲疊加的波束合成 算法，對(duì)單路收發(fā)裝置采集的信號(hào)進(jìn)行處理后，實(shí)現(xiàn)多路相控功能；根據(jù)聚焦點(diǎn)的位置，對(duì) 原始信號(hào)分別進(jìn)行發(fā)射聚焦和接收聚焦，實(shí)現(xiàn)掃描；采用圖像處理方法提高超聲圖像的分 辨率，并且具有缺陷判別功能。
四

圖1是軟件主界面結(jié)構(gòu)圖；圖2是單點(diǎn)聚焦流程圖；圖3是扇形掃描流程圖；圖4是軟件運(yùn)行效果和各區(qū)域成像后主界面；
圖5是軟件運(yùn)行效果-缺陷信息窗口 五具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述結(jié)合圖1，根據(jù)掃描的類型及功能，利用Microsoft Visual Studio2005的可視化操作，所述的超聲相控陣成像系統(tǒng)，分別具有單發(fā)單收、發(fā)射聚焦、單點(diǎn)聚焦和扇形掃描的 功能；這四類掃描類型的所有功能都是建立在軟件功能模塊上的。結(jié)合圖1，系統(tǒng)的功能主要有(1)數(shù)據(jù)的載入、處理和發(fā)射聚焦、單點(diǎn)聚焦的數(shù)據(jù)保存功能。(2)各掃描形式的圖像的生成、放大、參數(shù)顯示和保存功能。(3)發(fā)射聚焦和單點(diǎn)聚焦的半徑定位、加窗范圍峰峰值的顯示，扇形掃描圖像的柔 化、圖像坐標(biāo)的即時(shí)顯示和缺陷檢測(cè)功能。所述單發(fā)單收功能是把單路發(fā)射接收設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行載入和顯示，不需要對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行延遲和合成；只需要輸入發(fā)射和接收陣元號(hào)，并將數(shù)據(jù)表格中相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)在單 發(fā)單收區(qū)域內(nèi)進(jìn)行描點(diǎn)連線即可。結(jié)合圖2，所述的單點(diǎn)聚焦功能，需要根據(jù)聚焦點(diǎn)的位置對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)射及接收延 遲處理，當(dāng)處理完數(shù)據(jù)后，相應(yīng)的描點(diǎn)連線即可。其中的大部分功能與發(fā)射聚焦及單發(fā)單收 相似，不同的是在數(shù)據(jù)處理中，發(fā)射聚焦延遲后，還需要對(duì)發(fā)射延遲的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)生成新 的表格，在對(duì)新表格里的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收延遲處理，最后加和得到完整的A掃數(shù)據(jù)，通過(guò)此數(shù) 據(jù)生成波形圖。結(jié)合圖3，所述的扇形掃描功能，首先對(duì)扇形區(qū)域進(jìn)行離散化，然后對(duì)扇形區(qū)域上 的所有離散點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)聚焦，保存點(diǎn)的坐標(biāo)及峰峰值信息；當(dāng)掃描完成后，根據(jù)成像閾值與 半徑加窗范圍上下限內(nèi)的數(shù)據(jù)的值來(lái)判斷點(diǎn)是否上色，如果數(shù)據(jù)值大于閾值，需要上色；根 據(jù)保存的上色點(diǎn)的坐標(biāo)信息確定上色點(diǎn)的位置，根據(jù)上色點(diǎn)的峰峰值確定其顯示的輝度。扇形掃查缺陷的檢測(cè)分別采用成像閾值和缺陷閾值。成像閾值控制著判斷每個(gè)聚 焦點(diǎn)是否上色及保存至數(shù)組中；缺陷閾值控制著判斷數(shù)組中每個(gè)成像點(diǎn)是否為缺陷點(diǎn)，并 顯示在缺陷信息窗口內(nèi)。對(duì)于扇形掃描，當(dāng)步進(jìn)值較大時(shí)，生成的圖像中目標(biāo)點(diǎn)邊緣顏色差距較大，所以還 應(yīng)采用高斯柔化功能，其實(shí)現(xiàn)原理為將當(dāng)前像素點(diǎn)的顏色設(shè)置成為以當(dāng)前像素點(diǎn)為中心的 像素塊的顏色的平均值。當(dāng)像素點(diǎn)周圍顏色并無(wú)什么太大變化時(shí)，取平均值并不影響其顏 色，當(dāng)變化較大時(shí)，在視覺(jué)上就可柔化圖像了。結(jié)合圖4，軟件運(yùn)行效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行穩(wěn)定，各功能執(zhí)行正常，軟件的各個(gè)波 形圖實(shí)際成像效果較好。結(jié)合圖5，根據(jù)給定的閾值，軟件可以自動(dòng)進(jìn)行缺陷判定；如果存在缺陷，則給出 缺陷的位置和峰峰值。
權(quán)利要求
一種超聲相控陣成像系統(tǒng)，它包括數(shù)據(jù)模塊、圖像模塊和輻助功能模塊；其特征在于利用單路發(fā)射與接收裝置采集數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)多路相控功能；該系統(tǒng)分別具有單發(fā)單收、發(fā)射聚焦、單點(diǎn)聚焦和扇形掃描的功能，根據(jù)輸入的參數(shù)，在相應(yīng)位置顯示波形或圖像。參數(shù)設(shè)置在相應(yīng)位置顯示在掃描區(qū)域內(nèi)，對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行逐點(diǎn)發(fā)射聚焦和接收聚焦實(shí)現(xiàn)掃查；根據(jù)A掃回波信號(hào)的特征，采取信號(hào)特征提取方法將一維信號(hào)進(jìn)行二維重構(gòu)；針對(duì)相控陣超聲成像存在的問(wèn)題，利用圖像處理方法提高圖像的分辨率，對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定性分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣成像系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)焦點(diǎn)的位置，能夠分 別計(jì)算相控陣換能器每個(gè)陣元的延遲時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的超聲相控陣成像軟件系統(tǒng)，其特征在于線性相控陣換 能器由8個(gè)陣元組成，共采集到64組回波信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣成像系統(tǒng)，其特征在于對(duì)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行平移和 求和操作來(lái)實(shí)現(xiàn)延遲和疊加波束合成算法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣成像系統(tǒng)，其特征在于對(duì)采集的64組回波信 號(hào)，分別進(jìn)行發(fā)射聚焦和接收聚焦得到A掃回波信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣成像軟件系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)焦點(diǎn)的位置，在 加窗范圍內(nèi)提取信號(hào)的峰峰值來(lái)表示該點(diǎn)，從而將A掃回波信號(hào)進(jìn)行二維重構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣成像系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)選取適當(dāng)?shù)拈撝?，?用二值化處理方法對(duì)B掃圖像進(jìn)行處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣成像系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)能夠?qū)夭ㄐ?號(hào)進(jìn)行一維信號(hào)和二維圖像顯示，具有缺陷判別功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種超聲相控陣成像系統(tǒng)，它包括數(shù)據(jù)模塊、圖像模塊和輔助功能模塊。所述系統(tǒng)根據(jù)超聲相控陣成像原理，針對(duì)單路收發(fā)裝置實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的，所述系統(tǒng)能夠提供良好的用戶界面，根據(jù)輸入的參數(shù)要求，顯示相應(yīng)的信息；具有單發(fā)單收、發(fā)射聚焦、單點(diǎn)聚焦和B掃成像的功能，而且還具有缺陷判別功能。
文檔編號(hào)G01B17/06GK101846654SQ200910148330
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者周世圓, 徐圓飛, 徐春廣, 李爽, 王立久, 肖定國(guó), 趙新玉 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)