[发明专利]一种横、纵波联合超声相控阵检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及声学阵列成像检测技术，特别涉及一种横、纵波联合超声相控阵检测方法。

背景技术

超声相控阵体波检测有纵波检测和横波检测两种方式。纵波检测一般是直接把换能器贴在被检测目标上进行检测，如图1所示。横波检测是通过在换能器与检测目标之间加入楔块，通过纵波在楔块/检测目标界面的折射产生横波实现的，如图2所示。纵波检测和横波检测的方式也决定了纵波检测与横波检测具有不同的扫描范围：纵波相控阵检测主要对换能器正下方的小角度区域进行检测；而横波检测主要对换能器斜下方的大角度区域进行检测。对于不同的折射角，横波的折射系数变化较大，所以横波检测的扫描范围只能是折射系数相对平坦的区域，角度区域约35°～75°之间。

然而，在一些工业应用场景中，往往需要对更大的角度区域进行检测。若采用传统的横波和纵波检测方式，需要两个换能器才能实现：纵波检测方案检测小角度区域，横波检测方案检测大角度区域，这不仅增加了系统复杂度，也增加了成本，而且某些应用场景下同时布放两个或多个换能器也不现实。若能提出一种方案，解决采用横波检测时不能覆盖的小角度区域问题，则对工业检测具有较大意义。

目前国内外已经有许多学者对相控阵超声检测及成像进行了研究，如徐娜等、S.Chatillon等均对工件拐角处的探测与成像进行了研究，得到了较理想的成像结果；AlanJ.Hunter等研究了复杂界面情况下的超声相控阵成像问题；AnmolS.Rirring利用超声相控阵对焊缝检测成像进行了研究；A.J.Devaney等进行了模糊目标的时间反转成像研究；TatHeanGan等对木头样本的无接触式高分辨率超声成像进行了研究；I.D.Hall等利用层析成像实现了超声成像质量的提高；CarolineHolmes等研究了超声全矩阵收发数据的后处理及成像，并对不同的算法结果进行了对比；BenjaminLucht等利用了低频时的横波模式转换提高了成像的对比度；SteveMahaut等研究了复杂形状内的裂纹检测与成像。但对于前面所描述的问题，未见有公开发表的文献对其提出解决方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的超声相控阵体波检测方法必须采用两种相控阵才能实现大角度区域检测的缺陷，从而提供一种横、纵波联合超声相控阵检测方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种横、纵波联合超声相控阵检测方法，该方法在超声换能器阵列与检测目标之间加入楔块，采用折射波对检测目标内部实现检测，该方法包括：

步骤1)、根据超声换能器阵列参数以及楔块参数，对大角度区域的焦点按照横波声速计算发射延时和接收延时；其中，所述大角度区域为折射角覆盖35°至75°的区域；

步骤2)、对于所述大角度区域，阵列中的阵元根据步骤1)所得到的发射延时、接收延时实现声波的发射与接收，然后做聚焦波束形成处理，从而得到所述大角度区域的超声射频扫描线数据；

步骤3)、采用横、纵波联合的方式对小角度区域进行检测，对小角度区域的焦点计算发射延时和接收延时；其中，所述小角度区域为折射角覆盖15°至35°的区域；所述横、纵波联合的方式为以下三种方式之一：发射使用横波聚焦且接收使用纵波聚焦、发射使用纵波聚焦且接收使用横波聚焦、发射接收均使用纵波聚焦，在对小角度区域的焦点计算发射延时和接收延时时，根据发射和接收的方式不同分别按照纵波或横波计算发射延时和接收延时；

步骤4)、对于所述小角度区域，阵列中的阵元根据步骤3)所得到的发射延时、接收延时实现声波的发射与接收，然后做聚焦波束形成处理，从而得到所述小角度区域的超声射频扫描线数据；

步骤5)、对所述大角度区域的超声射频扫描线数据与所述小角度区域的超声射频扫描线数据做变形与拼接，得到超声相控阵图像。

上述技术方案中，在所述的步骤5)之前还包括：对所述大角度区域的超声射频扫描线数据与所述小角度区域的超声射频扫描线数据做幅度归一化。

上述技术方案中，在所述的步骤5)之前还包括：对所述大角度区域的超声射频扫描线数据与所述小角度区域的超声射频扫描线数据做滤波、检波以及动态压缩处理。

上述技术方案中，在计算发射延时与接收延时时，根据费马原理计算从阵列中不同阵元至焦点处的延时。