[发明专利]基于动态阵元合成孔径聚焦的平板陶瓷膜缺陷超声成像方法

说明书

本发明属于超声检测和成像领域，具体涉及一种基于动态阵元合成孔径聚焦的平板陶瓷膜缺陷超声成像方法。包括如下步骤：步骤(1)：根据平板陶瓷膜进行超声设备的搭建和确定换能器数量；步骤(2)：改变换能器的位置；步骤(3)：采用动态阵元合成孔径聚焦的方法进行检测；在非缺陷区域采用单阵元检测模式，在缺陷区域采用多阵元检测模式，基于超声缺陷引起阵元接收能量的差异进而切换单阵元与多阵元的检测模式；步骤(4)：进行超声检测数据的储存；步骤(5)：对步骤(4)储存的数据进行运算，进行缺陷点的聚焦成像。本发明提出通过将多个小型超声波阵列拼接成大尺寸的超声波阵列，以此提高聚焦孔径，缩小焦点直径，来提高聚焦精度和成像速率。

技术领域

本发明属于超声检测和成像领域，具体涉及一种基于动态阵元合成孔径聚焦的平板陶瓷膜缺陷超声成像方法。

背景技术

平板陶瓷膜在水处理中有着过滤快、无污染、可二次回收利用等特点被广泛使用。平板陶瓷膜的过滤方式是浸入式，在水流的作用下水中的大块杂质易与平板陶瓷膜发生碰撞，造成平板陶瓷膜的破裂和损伤。对于传统的检测内部缺陷通常采用射线检测和超声检测，射线检测具有辐射性不利于检测；对于传统的超声成像方法存在缺陷成像不清晰，成像速率慢等缺点，不能精确定量的分析缺陷的实际大小和实际形状，不利于检测人员对后续平板陶瓷膜的结构改进。因此，急需一种能成像清晰和成像速率快的检测方法。

在2005年，英国布里斯托大学的Holmes等人在《Post-processing ofthe fullmatrix of ultrasonic transmit–receive array data for non-destructiveevaluation》提出基于一个发射阵元与一个接收阵元组合的全矩阵数据采集，实现波束范围内的全聚焦成像算法。采用全矩阵的成像方法，成像能达到成像精度的效果但是成像速率较慢。2014年，杜英华等人在《多阵元合成孔径聚焦超声成像研究》文章中使用多个阵元同时发射，多个阵元同时接收的模式进行数据采集，证明了多阵元合成孔径聚焦超声成像可以获得比单阵元合成孔径聚焦成像更高的成像精度和分辨率。此方法虽能获得较高的成像精度，但是与单阵元相比计算量较大。

2020年，隋皓等人在一种基于差分技术的激光超声合成孔径成像方法(授权公告号为CN 112485336 A)中通过使用合成孔径方法提升了缺陷的检测能力的同时保留了全部的缺陷反射波信息，可实现内部多缺陷的高信噪比成像和精确定位。此方法根据对数据集的缺陷反射时间判断检测物体的时间是否有缺陷，数据集的数量对检测的效果影响较大。2019年，郭业才等人基于序贯回归方法的多阵元合成孔径聚焦波束形成方法(授权公告号为CN 106950569 B)通过对多阵元合成孔径聚焦波束形成的子阵与子阵阵元分别进行动态幅度遍迹，有效减少波束形成的主瓣宽度和旁瓣幅度，提高了成像质量。此方法每次发射、接收只有一个阵元增加了超声成像的时间，降低了成像的速率。

单阵元合成孔径其发射和接收子孔径都是只由同一个阵元组成；多阵元合成孔径采用多阵元进行发射，采用全阵列进行接收的技术，将发射和接收子孔径增大，以改善信噪比低的问题；合成发射孔径采用多阵元进行发射，采用全阵列进行接收的技术，是在多阵元合成孔径基础上提出目的是提高成像速度。合成聚焦是由单阵元发射超声信号，全孔径来接收回波信号。

综上所述，现有的方法虽然能对缺陷进行成像，但是以上都是通过增大超声波阵列的尺寸可实现阵列孔径的增大，提高阵列的聚焦精度。然而大尺寸的超声波阵列加工困难、体积大、成像精度较低、成像速率慢。

发明内容

为了克服现有技术和方法的不足，本发明提出一种基于动态阵元合成孔径聚焦的平板陶瓷膜缺陷的超声成像方法，该方法能够有效提高平板陶瓷膜的缺陷的成像质量和聚焦精度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于动态阵元合成孔径聚焦的平板陶瓷膜缺陷超声成像方法，包括如下步骤：

步骤(1)：根据平板陶瓷膜进行超声设备的搭建和确定换能器数量；