本发明专利技术公开一种基于环绕式阵列的层析成像检测系统及其方法，其特征在于：该系统包括超声发射接收模块、信号采集模块、控制模块、信号处理模块、显示模块和若干超声波传感器；检测过程中，当所述环形阵列中的一个超声波传感器为发射探头时，其它超声波传感器作为接收探头；超声发射接收模块在控制模块的脉冲控制电路的控制下按照一定的周期通过所述的发射探头发射超声波，所述接收探头在收到超声波信号之后，经信号采集模块内的多路A/D电路将数据采集到信号处理模块，信号处理模块内嵌的程序对数据进行处理重建，完成层析成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声层析成像(Computed Tomography，简称CT)
，尤其是涉及一种。
技术介绍
层析成像(Computed Tomography,简称CT)技术(也称为计算机断层成像技术) 是指通过物体外部检测到的数据重建物体内部(横截面)信息的技术，它是把不可分割的对象假想地切成一系列薄片，分别给出每一片上的物体图像，然后把这一系列图像叠加起来，就得到物体内部的整体图像。它是一种由数据到图像的重建技术，主要通过图像反映被测材料或制件内部质量，对缺陷进行定性、定量分析，从而提高检测的可靠性。目前，CT技术中应用最为广泛的是X射线层析成像技术。X射线CT存在价格昂贵、对人体有害、设备携带不方便等缺点。超声检测与X射线检测相比具有指向性好、价格低廉、对人体无害、设备便于携带等优点，因此，人们开始将超声波作为发射源的检测技术应用于层析成像中，利用超声波制造出像X射线CT 一样的成像设备，已逐渐成为超声应用领域的研究者们追求的新目标之一。早期研究者假设超声波在物体内部以直线传播，利用发射器到接收器之间的时间延迟或振幅衰减来重建物体内部的声速、吸收特性等参数，但实际超声波具有明显的衍射特征，在界面上具有显著的折射、衍射，传播路径复杂，这使得超声层析成像技术的理论研究和X射线层析成像有所不同。超声层析成像技术(Ultrasond Computed ^Tomography，简称U-CT)是一项比较复杂的系统工程，目前尚没有完全成熟的理论和技术可用于产品的自动检测，传统的超声探头布置方法为线阵布置，也就是在被测材料的一个表面上布置一列发射探头，在材料的相反表面正对的布置一列接收探头，在此基础上，得到一系列走时数据，但缺点是数据量少， 成像效果差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种，该系统及方法克服现有技术检测数据量不足、难以满足不同形状的被测材料的检测要求，针对材料内部衍射强弱不同的情况，分别采用基于波动理论的超声层析成像算法和基于射线理论的超声层析成像算法，从而有利于提高成像效果。为达到上述目的，本专利技术的基于环绕式阵列的层析成像检测系统包括超声发射接收模块、信号采集模块、控制模块、信号处理模块、显示模块和若干超声波传感器；信号处理模块分别与信号采集模块、显示模块和控制模块相连，信号采集模块分别与控制模块和超声发射接收模块相连，超声发射接收模块分别与超声波传感器和控制模块相连，所述若干超声波传感器沿被测物体布置成环状阵列；控制模块包括若干阵列开关和脉冲控制电路， 所述的若干阵列开关分别对应控制所述的若干超声波传感器；所述信号处理模块内嵌有用于进行数据处理重建的程序。本专利技术的基于环绕式阵列的层析成像检测系统在检测过程中，当所述环状阵列中的一个超声波传感器为发射探头时，其它超声波传感器作为接收探头；超声发射接收模块在控制模块的脉冲控制电路的控制下按照一定的周期通过所述的发射探头发射超声波，所述接收探头在收到超声波信号之后，经信号采集模块内的多路A/D电路将数据采集到信号处理模块，信号处理模块内嵌的程序对数据进行处理重建，完成层析成像。信号处理模块内嵌的重建算法分为以射线理论为基础的透射层析和以波动理论为基础的散射层析两个部分1、以射线理论为基础的透射层析在材料内部衍射较弱、只需考虑折射现象的情况下，将射线理论引入到超声层析算法中。实现步骤如下(1)拾取发射点至接收点记录的声波走时tm。走时tm是超声波层析成像反演的基础数据。(2)建立速度模型，并对该模型进行正演计算。采用基于交叉扫描的线性插值射线追踪技术来计算射线路径和走时t。。(3)相关系数矩阵的求取根据声波在材料中的路径和材料中网格的划分，求取相关系数矩阵。(4)得到拾取的走时与计算的走时之差At = tm_t。。若At彡δ，δ预先设定的误差值，执行第(5)步；若At > δ，则根据反演方程式t=A· (1/v)，应用联合迭代重建算法逐次迭代计算，求出速度的修正量Δν，得到修正后的速度模型，返回第( 步，继续执行直至Δ t彡δ。(5)根据修正后的速度模型，进行实现图像重建。2、以波动理论为基础的散射层析在材料内部衍射较强的情况下，以波动理论为基础，基于环绕式阵列成像方法对实验模型进行设计，运用Born迭代解决波动方程的非线性问题，利用截断奇异值分解正则化方法解决波动方程的稳定性问题，进而实现空间域散射层析成像。实现步骤如下(1)拾取发射点至接收点记录的声波穿过物体截面的数据，即测量散射场p(s)。(2)根据材料截面(离散化的各点)之间距离或与接收点之间的距离，求取相关系数矩阵(、0和入射场？-。系数C的求法、=j式中屯为超声波在水中对应的波数，k0 = 2* π /L, L为波长；d为对包含物体的正方形区域进行均勻采样的采样间隔，d = L/10 ；a为离散小区域内接圆的半径，a = d/2 ； Jn为第一类η阶贝塞尔函数，Nn为第二类η阶贝塞尔函数，为第m类η阶汉克尔函数； Rpq为观测点rp与散射源点r,的距离；p，q表示成像截面离散化后的中心点。系数D 的求法‘ =^^J、(k0aX(Zc0Rmq)式中R胃为散射源点％与接收点rm的距离；m表示接收器上的点。入射场P(in)数据的求法权利要求1.基于环绕式阵列的超声层析成像检测系统，其特征在于该系统包括超声发射接收模块、信号采集模块、控制模块、信号处理模块、显示模块和若干超声波传感器；信号处理模块分别与信号采集模块、显示模块和控制模块相连，信号采集模块分别与控制模块和超声发射接收模块相连，超声发射接收模块分别与超声波传感器和控制模块相连，所述若干超声波传感器沿被测物体布置成环状阵列；控制模块包括若干阵列开关和脉冲控制电路，所述的若干阵列开关分别对应控制所述的若干超声波传感器；所述信号处理模块内嵌有用于进行数据重建的程序。2.根据权利要求1所述的基于环绕式阵列的超声层析成像检测系统，其特征在于可以布置成任意形状。既可以根据试件的形状来布置，也可以根据重建算法的难易程度来布置。能够实现任意形状试件的检测，具有良好的通用性。3.权利要求1或2的基于环绕式阵列的超声层析成像检测系统的检测方法，其特征在于，检测过程中，当所述环形阵列中的一个超声波传感器为发射探头时，其它超声波传感器作为接收探头；超声发射接收模块在控制模块的脉冲控制电路的控制下按照一定的周期通过所述的发射探头发射超声波，所述接收探头在收到超声波信号之后，经信号采集模块内的多路A/D电路将数据采集到信号处理模块，信号处理模块内嵌的程序对数据进行处理重建，完成层析成像。全文摘要本专利技术公开一种基于环绕式阵列的层析成像检测系统及其方法，其特征在于该系统包括超声发射接收模块、信号采集模块、控制模块、信号处理模块、显示模块和若干超声波传感器；检测过程中，当所述环形阵列中的一个超声波传感器为发射探头时，其它超声波传感器作为接收探头；超声发射接收模块在控制模块的脉冲控制电路的控制下按照一定的周期通过所述的发射探头发射超声波，所述接收探头在收到超声波信号之后，经信号采集模块内的多路A/D电路将数据采集到信号处理模块，信号处理模块内嵌的程序对数据进行处理重建，完成层析成像。文档编号G01N29/06GK102305828SQ2本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．基于环绕式阵列的超声层析成像检测系统，其特征在于：该系统包括超声发射接收模块、信号采集模块、控制模块、信号处理模块、显示模块和若干超声波传感器；信号处理模块分别与信号采集模块、显示模块和控制模块相连，信号采集模块分别与控制模块和超声发射接收模块相连，超声发射接收模块分别与超声波传感器和控制模块相连，所述若干超声波传感器沿被测物体布置成环状阵列；控制模块包括若干阵列开关和脉冲控制电路，所述的若干阵列开关分别对应控制所述的若干超声波传感器；所述信号处理模块内嵌有用于进行数据重建的程序。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王浩全，郭玲霞，史建伟，张培，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：14
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