一种相控阵全聚焦-非线性融合成像方法技术

本发明专利技术涉及无损检测领域，具体是一种相控阵全聚焦

【技术实现步骤摘要】
一种相控阵全聚焦
‑
非线性融合成像方法


[0001]本专利技术涉及无损检测领域，具体是一种相控阵全聚焦
‑
非线性融合成像方法。

技术介绍

[0002]工业中常见的机械结构如动设备和与动设备耦合的静设备，由于交变应力的作用，容易产生裂纹。微裂纹的扩展是一个由慢到快的过程，因此尽早通过无损检测手段检出设备内部的微裂纹，避免其快速扩展对设备运行安全造成隐患，是非常必要的。微裂纹作为材料早期损伤的表现形式，通过常规检测手段，易于出现漏检误检的情况，而声学非线性对材料早期损伤具有一定的敏感性，因此可以借助非线性超声检测技术对其进行分析。
[0003]超声相控阵全聚焦技术随着计算机图像处理能力的提升，在工业应用上获得了愈来愈多的关注。超声相控阵技术相对于传统超声采用多通道、多晶片发射和接收，检测范围更大，其单点位成像能力较强，对微缺陷的检测和轮廓识别具有一定优势。当采用超声相控阵技术对微缺陷轮廓检测时，由于裂纹扩展前段属于弱接触界面，其线性声学响应较弱，无法获得微缺陷准确的轮廓特征并量化分析，无法对微缺陷裂纹尺寸进行有效的实际评估，因此亟待解决。

技术实现思路

[0004]为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种相控阵全聚焦
‑
非线性融合成像方法。本专利技术可获得微缺陷准确的轮廓特征并量化分析，能对微缺陷裂纹尺寸进行有效的实际评估。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种相控阵全聚焦
‑
非线性融合成像方法，包括如下步骤：
[0007]S1、确定检测对象的待检测点，通过超声相控阵检测设备在待检测点处进行全矩阵数据采集，对所采集的数据进行全聚焦成像；
[0008]S2、在待检测点处，通过超声相控阵检测设备分两次分别实现并行发射和顺序发射，计算非线性图像指标；
[0009]S3、将归一化的全聚焦成像以及非线性图像指标进行数据融合以获取融合图像。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：在步骤S2中，并行发射时各阵元按照延时法则集体激发信号，并同步接收信号，对得到的信号集依据延时法则进行匹配叠加以及高斯滤波，再进行傅里叶变换后得到频域并行发射信号P(x,y)；
[0011]顺序发射时超声相控阵检测设备的各阵元按顺序逐一发射，各阵元的发射信号被全部阵元接收从而得到全矩阵信号，对得到的信号集进行成像点合成聚焦以及高斯滤波，进行傅里叶变换后得到频域顺序发射信号Q(x,y)；
[0012]对频域并行发射信号P(x,y)和频域顺序发射信号Q(x,y)进行傅里叶逆变换从而得到并行时域合成信号集d(x,y)和顺序时域合成信号集q(x,y)；
[0013]非线性图像指标为：κ(x,y)＝|q(x,y)
‑
d(x,y)|。
[0014]作为本专利技术再进一步的方案：频域并行发射信号可表示为：
[0015][0016]其中，N为超声相控阵检测设备阵列探头的总阵元数；
[0017]a
i
(x,y)表示接收阵元i在点(x,y)处的声束相位；
[0018]F
i
(t
i
(x,y))为经点(x,y)反射的声波被接收阵元i接收的解析信号；
[0019]t
i
(x,y)为声波从点(x,y)到接收阵元i所用的最短路径时间；
[0020]为F
i
的傅里叶变换形式。
[0021]作为本专利技术再进一步的方案：频域顺序发射信号可表示为：
[0022][0023]其中a
ij
(x,y)表示发射阵元i和接收阵元j在点(x,y)处的声束相位；
[0024]F
ij
(t
ij
(x,y))为发射阵元i发射的声波经点(x,y)反射，然后由接收阵元j接收的解析信号；
[0025]t
ij
(x,y)表示声束从发射阵元i发射经点9x,y)反射，然后由接收阵元j接收的最短路径时间；
[0026]为F
ij
的傅里叶变换形式。
[0027]作为本专利技术再进一步的方案：在步骤S3中，数据融合后的全聚焦
‑
非线性图像T(x,y)为：
[0028]T(x,y)＝κ
norm
(x,y)+I
norm
(x,y)
[0029]其中，I
norm
(x,y)为点(x,y)处全聚焦幅值I(x,y)的归一化值；
[0030]κ
norm
(x,y)为在点(x,y)处非线性图像指标κ(x,y)的归一化值。
[0031]作为本专利技术再进一步的方案：在步骤S1中，全聚焦成像公式为：
[0032][0033]I(x,y)为成像点(x,y)的全聚焦幅值；
[0034]F
ij
(t
ij
(x,y))表示发射阵元i发射的声波经点(x,y)反射，然后由接收阵元j接收的解析信号；
[0035]t
ij
(x,y)表示声束从发射阵元i发射经点(x,y)反射，然后由接收阵元j接收的最短路径时间。
[0036]一种电子设备，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器依次连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行所述的一种相控阵全聚焦
‑
非线性融合成像方法。
[0037]一种可读存储介质，其特征在于，该存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序
包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使处理器执行所述的一种相控阵全聚焦
‑
非线性融合成像方法。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0039]1、本专利技术针对材料内部早期微缺陷，分别采用线性成像和非线性成像进行量化和分析，全聚焦线性成像可以有效呈现缺陷轮廓和形貌特征，非线性图像指标则可以显示缺陷尖端弱连接处的特征，对线性成像和非线性成像进行融合成像，适用于微缺陷早期损伤的定量检测监测，对于闭合或半闭合缺陷检测精度达到微米级，可获得微缺陷准确的轮廓特征并量化分析，能对微缺陷裂纹尺寸进行有效的实际评估。
[0040]2、本专利技术的非线性图像指标考虑了硬件系统、材料及耦合等非线性噪声的影响，采用了相位与幅值补偿系数的降噪措施，提高了测量精度；通过融合成像方法结合了全聚焦及非线性两种成像方式的优势，相对于全聚焦及非线性成像，融合成像相对误差更小，对微缺陷尺寸的判断更加准确，对裂纹缺陷的轮廓成像更接近真实情况。
[0041]3、本专利技术的相控阵检测设备分别进行物理聚焦和合成聚焦，二者的差异能够反映检测对象的非线性指标。
附图说明
[0042]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相控阵全聚焦
‑
非线性融合成像方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、确定检测对象的待检测点，通过超声相控阵检测设备在待检测点处进行全矩阵数据采集，对所采集的数据进行全聚焦成像；S2、在待检测点处，通过超声相控阵检测设备分两次分别实现并行发射和顺序发射，计算非线性图像指标；S3、将归一化的全聚焦成像以及非线性图像指标进行数据融合以获取融合图像。2.根据权利要求1所述的一种相控阵全聚焦
‑
非线性融合成像方法，其特征在于，在步骤S2中，并行发射时各阵元按照延时法则集体激发信号，并同步接收信号，对得到的信号集依据延时法则进行匹配叠加以及高斯滤波，再进行傅里叶变换后得到频域并行发射信号Px,y；顺序发射时超声相控阵检测设备的各阵元按顺序逐一发射，各阵元的发射信号被全部阵元接收从而得到全矩阵信号，对得到的信号集进行成像点合成聚焦以及高斯滤波，进行傅里叶变换后得到频域顺序发射信号Qx,y；对频域并行发射信号Px,y和频域顺序发射信号Qx,y进行傅里叶逆变换从而得到并行时域合成信号集dx,y和顺序时域合成信号集qx,y；非线性图像指标为：κx,y＝qx,y
‑
dx,y。3.根据权利要求2所述的一种相控阵全聚焦
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非线性融合成像方法，其特征在于，频域并行发射信号可表示为：其中，N为超声相控阵检测设备阵列探头的总阵元数；a
i
(x,y)表示接收阵元i在点(x,y)处的声束相位；F
i
(t
i
(x,y))为经点x,y反射的声波被接收阵元i接收的解析信号；t
i
(x,y)为声波从点x,y到接收阵元i所用的最短路径时间；为F
i
的傅里叶变换形式。4.根据权利要求2所述的一种相控阵全聚焦
‑
非线性融合成像方法，其特征在于，频域顺序发射信号可表示为：其中a
ij
(x,y)表示发射阵元i和接收阵元j在点(x,y)处的声束相位；F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程经纬，卜阳光，陈学东，范志超，陈炜，王哲，王海斌，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院特种设备检验站有限公司，
类型：发明
国别省市：