[发明专利]一种基于宽频带超声相控阵的缺陷检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及声学检测技术，尤其涉及一种基于宽频带超声相控阵的缺陷检测方法。 

背景技术

超声相控阵换能器是由多个相互独立的压电晶片组成的阵列，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个晶片单元，来调整焦点的位置和聚集的方向，相控阵换能器最显著的特点是可以灵活、便捷而有效地控制声束形状和声压分布。超声波在检介质中传播相对于距离成指数衰减，距离阵元较远的目标接收到的超声信号较弱，携带缺陷信号的回波信号信噪比较低，导致远处目标成像受噪音干扰严重，成像质量明显下降。传统的相控阵信号存在频带单一、叠加信号信噪比低的问题。 

发明内容

本发明的目的是解决传统相控阵信号存在的频带较窄、检测信号分辨率较低的问题，通过提高发射信号带宽的方法提高信噪比和分辨率。 

为实现上述目的，本发明提供了一种基于宽频带超声相控阵的缺陷检测方法，相控阵各阵元分布在不同的谐振频带，这样多个阵元的叠加信号频带就有较大程度地增加，该方法包括： 

在发射端，由多个阵元采用调制编码激励，并发送经过调制的大时宽、大带宽的线性调频信号，所述线性调频信号在焦点处聚集，并反射信号； 

在接收端，各阵元接收所述反射信号，并经过延时校正后使信号分布在相同的时窗范围内； 

根据各阵元接收的反射信号进行频域内的匹配滤波，将匹配滤波信号在频域内相干合成，获得频域内的宽带信号，反快速傅里叶变换后，得到时域脉冲压缩信号。 

本发明通过将脉冲压缩方法和宽带超声相控阵相结合，从而提高发射信号带宽，通过在接收端将回波信号在频域内叠加后脉冲压缩，得到分辨率较高的脉冲压缩信号，实现微小缺陷的精确检测。 

附图说明

通过以下结合附图以举例方式对本发明的实施方式进行详细描述后，本发明的其他特征、特点和优点将会更加明显。 

图1为本发明实施例提供的一种基于宽频带超声相控阵的缺陷检测方法流程图； 

图2为线性相控阵阵列示意图； 

图3为混凝土表面的缺陷模型； 

图4为32道阵元接收的反射信号示意图； 

图5为频域匹配滤波后叠加信号G（ω）的模； 

图6为32道阵元信号拼接后的压缩结果示意图； 

图7为非匹配滤波处理后的压缩结果示意图。 

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。 

本发明实施例将脉冲压缩方法应用到超声相控阵检测与成像中，可使得超声检测与成像系统在不牺牲信噪比的情况下提高分辨率，从而实现微小缺陷的精确检测。 

图1为本发明实施例提供的一种基于宽频带超声相控阵的缺陷检测方法流程图。如图1所示，该方法应用于由多个阵元构成的超声相控阵换能器中， 相控阵各阵元分布在不同的谐振频带，这样多个阵元的叠加信号频带就有较大程度地增加，其方法包括步骤101-103。 

在步骤101，在超声相控阵换能器的发射端，由多个阵元采用调制编码激励，上述编码激励具有相同的带宽和时宽。发射端发送经过调制的大时宽、大带宽的线性调频信号，所述线性调频信号在焦点处聚集，并反射信号。 

在一个例子中，如图2所示，设置焦点P，阵元间距为d,将阵列中心定为参照原点，阵元n的延时为t_n=（r-r_n）/c,其中c为介质波速。超声相控阵换能器的发射端选取相邻阵元中心频率递增的N个阵元，此N个阵元为1组，在实际应用中同样也可以选用多组阵元。根据阵元的中心频率f_n，编辑N个线性调频编码信号sc_n用于编码激励，sc_n中心频率为f_n，sc_n具有相同的带宽B和时宽T，且B=f_n+1-f_n,n=1,2,…N-1。需要说明的是，为保证信号具有良好的脉冲压缩特性，且不影响计算效率，sc_n信号的脉冲宽度T与带宽B的乘积宜大于5，且小于100。 

上述线性调频编码信号sc_n可利用公式（1）进行编辑，