矢量相控阵超声检测是对常规相控阵超声检测的进一步发展和完善。但检测过程中矢量脉冲激励信号的频率和相位的选择，对检测分辨率有很大影响，所以矢量参数的优化成为矢量相控阵超声检测实现的必要步骤。本发明专利技术的目的就是提供一种矢量相控阵超声检测参数优化的新方法。矢量相控阵超声波检测技术，就是利用不同频率、相位的矢量脉冲超声波在空间的非相干叠加来实现聚焦和偏转。根据设定的偏转方向及聚焦点，以聚焦声压强度做为优化的目标函数，对矢量相控阵参数：频率和相位按照Ｋ－Ｔ条件用最速下降法结合Ａｒｍｉｊｏ线搜索方法进行寻优。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波检测技术，尤其是相控阵超声检测方法。技术背景超声检测时往往需要对物体内某一区域进行成像，为此，必须进行声束扫 描。常歸目控阵超声检测是通过控制换能器阵中各个阵元激励(或接收)脉冲的 时间延迟，改变由各阵元发射(或接收)声波到达(或来自)物体内某点时的相位 关系，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相控波束合成，形成成像扫描 线技术，原理如图1所示。相控阵超声检测成像的分辨率是检测成像的重要指标，是衡量系统检测能 力的重*据，因此也是国内外相控阵研究者不懈努力追求的目标。对比度分辨率表征检测成像中缺陷与背景在色彩上的最小差异，是图像上 能够检测出的回波幅度的最小差别，该指标越好，图像越细腻柔和，细节信息 越丰富。轴向分辨率表征空间轴向辨别两个目标的能力。在回波信号形状上我们可以将轴向分辨率理解为在系统的冲激响应条件下，实际回波信号经过 HILBERT变换后时域上信号(波形包络)的-3dB或-6dB宽度。聚焦声场中的主瓣高度直接影响着相控成像的对比度分辨率。所以我们以 主瓣高度作为目标函数对矢量相控阵激励脉沖中相位、频率进行优化。
技术实现思路
解决问题矢量相控阵超声检测是对常赠目控阵超声检测的进一步发展和 完善。但险测过程中矢量脉冲激励信号的频率和相位的选择，对检测分辨率有重要影响，所以矢量参数的优化成为矢量相控阵超声检测实现的必要步骤。本 专利技术的目的就是提供一种矢量相控阵超声检测参数优化的新方法。技术方案为实现以上目的，本专利技术特提出以下技术方案 矢量相控阵超声波检测技术，就是利用不同频率、相位的矢量脉沖超声波在空间的非相干叠加来实现聚焦和偏转。根据设定的偏转方向及聚焦点，以聚焦声压强度做为优化的目标函数，对矢量相控阵参数频率和相位按照K-T条件用最速下降法结合Armi jo线搜索方法进行寻优。技术效果由于目标函数中具有波动特征，故应该存在有很多的局部极大 点，根据算法的实践来看，根据仿真结果和工程经验给出一个较好的初始点， 即可快速求解得到的一般是全局极大点对应的二维(频率和相位)矢量。相对于遗传、模拟退火算法等随机型的算法而言，目前的算法属于确定型 的算法，即每次迭代都会产生确定的下降量，结果可靠，而且计算速度快。具体实施方式考虑由N个点阵元组成的任意形状的阵列在场点处聚焦，如图2所示。对 于聚焦点，第i个阵元的声压^^式如下<formula>formula see original document page 4</formula> (d)式中《第i个阵元在聚焦点的声压，i^声压幅值，p材料密度， c声速，y;声波频率，c阵元到焦点距离，w,阵元振幅，a,衰 减系数，cc。散射衰减系数，《,吸收衰减系数，/t,波数，伊,相位， M阵元面积首先确定第i个阵元和聚焦点的位置"'；其次计算在该位置条件下由上式 (a) (b)得出声压幅值与频率的关系；从中确定声压最大时对应的频率乂；然后由上式(d)计算初始相位^。那么，在超声相控阵中如果我们将控制阵列中各个阵元的频率和相位使其满足最佳条件，则可以获取更大的阵列聚焦声压，从而 提高该场点的信噪比并改善成像的对比度分辨率。矢量相控阵可以数学描述为<formula>formula see original document page 5</formula>人由于任何形状、大小的换能器，其有效振源表面可看作是许多点源组合而 成。每个小面积的超声换能器都可以近似看作镶在坚硬障板上的活塞振动源，因此声场中任意点(XJ，Z)的声压P"，少,z)可以由以下积分求得J":所以对于实际声场分布，也可以用上面数学模型式来研究矢量相控阵，但要注意此时参数对象是各个物理阵元，不是各个等效点源；也就是同一物理阵 元上的等效点阵源的频率和初始相位应保持一致。我们以聚焦声压即主瓣高度作为目标函数进行矢量优化，在空间点F的聚 焦声压为各点源辐射声压之和。P-S+尸2+L尸 =t《 由点源辐射公式分解得到e—(cos(A,' -0,Hsin(A:,, -心))焦点处聚焦声压幅值最大。对单源来说，最大幅值即: 对于N个点源的声场叠加，任一点"，y，"e^处有<formula>formula see original document page 6</formula>矢量相控聚焦焦点F处声压幅值达到最大，故只要求解^^卩的最大值即<formula>formula see original document page 6</formula>注意上面的式子中<formula>formula see original document page 6</formula>原问题可以用如下的非线性优化问题描述:<formula>formula see original document page 6</formula>其中:<formula>formula see original document page 6</formula>自变量为x = (/i，/2,A厶，"2，A夂)的2n维矢量。根据K-T条件，可得若x'为最优解， 一定满足如下的最优性条件: <formula>formula see original document page 6</formula>即求解一个非线性互补问题<formula>formula see original document page 6</formula>即/ =+ ，其中a为一正常数，[]+代表在正象限的投影。如果x' W 满足最优性条件，称Z—稳定点。鉴于目标函数的复杂性，考虑用最速下降法法求解。具体第k步的迭代公式为 A+i = [A k = O，l，L n其中《4="^>0， Z e(O，l)， "(0，l/2)为给定常数。^是满足下式的第一个非负整数。/")--^ V/")具体算法如下Begin e = 10-8， Pl， k = 0， "-0-5， <r = 10-3， xi=;c°， Z为给定的初值。Step m=ldo while) - /(^ + r 4) ^ <sV/(& )r A 固+1end doA+i =[乂*if ll^+i-^ll" then stop else k=k+l go to Step End附图说明图l相控阵超声检测聚焦和偏转图2点阵元组成的任意形状的阵列在场点F处叠加聚焦权利要求1、一种相控阵超声波检测技术，其特征是利用不同频率、相位的矢量脉冲超声波在空间的非相干叠加来实现聚焦和偏转。2、 如权利要求1所述的相控阵超声波检测技术，其特征是根据设定的 偏转方向及聚焦点，以聚焦声压强度做为优化的目标函数，对矢量相控阵参数: 频率和相位按照K-T条件用最速下降法结合Armi jo线搜索方法进行寻优。全文摘要矢量相控阵超声检测是对常规相控阵超声检测的进一步发展和完善。但检测过程中矢量脉冲激励信号的频率和相位的选择，对检测分辨率有很大影响，所以矢量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种相控阵超声波检测技术，其特征是：利用不同频率、相位的矢量脉冲超声波在空间的非相干叠加来实现聚焦和偏转。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭春，彭波，王敏，
申请(专利权)人：硕德北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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