超聲相控陣動(dòng)態(tài)聚焦技術(shù)研究.pdf

1、超聲相控陣通過控制相控陣探頭的延遲時(shí)間來實(shí)現(xiàn)聲束偏轉(zhuǎn)、聚焦，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行快速高效的檢測(cè)。超聲相控陣系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)是指通過對(duì)發(fā)射和接收聲束的時(shí)間和空間的有效控制，來獲得高質(zhì)量的聲束和聲場(chǎng)。相控陣數(shù)字技術(shù)有相位延遲技術(shù)、動(dòng)態(tài)聚焦技術(shù)、動(dòng)態(tài)變跡技術(shù)、動(dòng)態(tài)孔徑技術(shù)和編碼發(fā)射技術(shù)等研究方向，其中動(dòng)態(tài)聚焦技術(shù)是比較重要的一項(xiàng)。動(dòng)態(tài)聚焦技術(shù)能夠提高焦點(diǎn)的焦區(qū)深度，減小焦點(diǎn)寬度，從而提高聲束的一致性和空間分辨率，為缺陷的檢測(cè)提供了更為可靠的依據(jù)

2、。
　　本文重點(diǎn)研究了超聲相控陣聚焦技術(shù)的原理以及影響相控陣聚焦精度和分辨率的因素，提出了改善常規(guī)聚焦聲束分辨率的方法和相控陣動(dòng)態(tài)聚焦壓縮存儲(chǔ)算法，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)聚焦技術(shù)在提高空間分辨率和成像一致性上的優(yōu)越性。
　　本文進(jìn)行了以下方面的研究:
　　1、論述了超聲相控陣檢測(cè)相關(guān)原理，如換能器的聲場(chǎng)輻射原理、相控陣進(jìn)行無損檢測(cè)時(shí)的聲束控制原理?；陉嚵袚Q能器的輻射原理對(duì)一維相控陣換能器的聲場(chǎng)建模，并系統(tǒng)的研究了換能器參數(shù)對(duì)聚焦

3、聲束的影響，通過對(duì)不同的陣元數(shù)、陣元間距等的聚焦聲束的特性進(jìn)行對(duì)比，建立了提高超聲相控陣動(dòng)態(tài)聚焦成像質(zhì)量的參數(shù)選取依據(jù)。
　　2、討論了延時(shí)精度對(duì)聚焦效果的影響，通過分析可知，在換能器陣列的參數(shù)已定的前提下，延時(shí)精度是影響動(dòng)態(tài)聚焦聲束的重要因素。對(duì)缺陷進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)可知，動(dòng)態(tài)聚焦對(duì)成像質(zhì)量有大幅度改善。
　　3、提出了一種基于超聲相控陣聚焦延時(shí)參數(shù)的壓縮存儲(chǔ)方式。這種方法分三步:第一，將聚焦延時(shí)參數(shù)換算成相鄰陣元之

4、間的相對(duì)延時(shí)參數(shù)，然后取量化值;第二，分別存儲(chǔ)相對(duì)延時(shí)參數(shù)的初始值和延時(shí)值發(fā)生變化的位置，以此完成了壓縮存儲(chǔ);第三，在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦的過程中，將壓縮存儲(chǔ)的延時(shí)量進(jìn)行實(shí)時(shí)解壓，并將生成的延時(shí)參數(shù)傳給換能器。結(jié)果驗(yàn)證:此方法可再保證聚焦聲束質(zhì)量的前提下大大減小延時(shí)參數(shù)所占內(nèi)存。
　　4、基于FPGA設(shè)計(jì)了超聲相控陣高精度發(fā)射模塊，本文通過PLL（鎖相環(huán)）的倍頻和移相技術(shù)代替了外部的延遲線，從而使電路結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，使粗延時(shí)和細(xì)延時(shí)的實(shí)現(xiàn)在