[发明专利]一种超声相控阵全矩阵数据非递归高效成像方法

说明书

本发明提供一种超声相控阵全矩阵数据非递归高效成像方法，首先将全矩阵数据视为接收阵元位置、发射阵元位置和时间的三维数据，并通过三维快速傅立叶变换转换到频率波数域。将介质层的上界面波场进行变量替换，从频率ω映射到深度方向(z方向)的波数ksubgt;z/subgt;上直接计算出介质层中的波场，再利用三维快速傅里叶反变换后应用成像条件即可获得成像结果。本发明的成像方法，避免了EPSM方法中的波场外推迭代及互相关计算，缩短了计算时间，显著提高了超声相控阵的成像效率。

技术领域

本发明属于检测方法技术领域，具体涉及一种超声相控阵全矩阵数据非递归高效成像方法。

背景技术

注射成形工艺可制造出复杂形面和结构、无需二次加工，且批量生产效率高，是高性能聚合物构件成形的最主要手段，约占80％。然而，特种工程聚合物的注射成形温度是普通/工程聚合物的2倍且导热性差，非均匀壁厚构件(如齿轮、核电站电气贯穿件等)常因收缩不一致而出现内部缩孔缺陷，导致服役时易发生断裂，显著影响高性能聚合物注射成形构件的服役性能和使用寿命。为保证成形构件的可靠性和稳定性，亟需一种内部缩孔缺陷的高效无损成像方法。

聚合物构件的无损成像方法主要有红外热成像法和X射线CT扫描法。红外热成像法需要在待检测构件上施加热源，热量将在内部缩孔缺陷处聚集进而导致局部高温，采用红外相机拍摄并计算构件表面的温度场分布来定位缩孔缺陷，然而红外热成像法无法获得内部缩孔的深度信息且仅适合于检测薄壁构件的内部缺陷。X射线CT扫描可通过不同角度的X射线投影生成构件的内部三维图像，灰度值对应于实体部分或内部缩孔缺陷部分，该方法能高精度地检测出内部缩孔缺陷的位置和形状，但该方法检测时间长并且成本高，如直径2cm聚合物齿轮的检测时间需4小时/个，费用超过1000元/个，难以满足高性能聚合物注射成形构件的高效检测需求。

超声相控阵全矩阵数据成像是一种重要的无损检测方法，全矩阵数据的应用显著提高了成像精度，目前已广泛应用于混凝土或金属产品的检测。在大批量检测时，超声相控阵成像一般需要用到楔块等将超声探头与聚合物构件隔离开，保护相控阵探头以减少磨损，形成楔块/聚合物构件的多层成像介质。目前多层介质超声相控阵成像方法主要有以下几种。TFM(Total focus method)算法是最常用的全矩阵成像方法，Ray-based TFM法利用光线跟踪法计算声束在多层介质中的传播轨迹以获得每个像素点处在超声信号中对应的时间延迟，然后采用TFM的成像条件来获得内部缺陷图像。RMS-based TFM法引入均方根(RMS)速度来直接计算时间延迟，然后采用TFM的成像条件来生成图像，该方法通过避免轨迹的迭代计算提高了成像效率。Wu等提出了扩展相移偏移(Extended phase shiftmigration,EPSM)法，在频域中对表面的波场进行相位偏移来计算多层介质中的波场分布，然后利用爆炸反射成像条件来获得内部缺陷图像。

如前所述，注射成形具有批量生产效率高的特点，这要求超声相控阵成像方法具有极快的计算效率以适应注射成形构件的高速生产。目前，尚缺少针对聚合物注射成形构件的超声相控阵高效成像方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用超声相控阵全矩阵数据对多层结构内部孔洞缺陷非迭代高效成像方法。该方法大大省去了传统成像方法中繁琐耗时的递归迭代步骤，可以分别对单层结构和多层结构中的孔洞缺陷进行快速聚焦成像。