相控阵三维全聚焦成像检测技术
试验研究
２０１８年第４０卷第５期
收稿日期:２０１７-１１-０９
作者简介:杨贵德(１９８２－),男,高级工程师,主要从事超声相控阵领域的检测成像技术研究
通信作者:杨贵德,g d y an g ＠st-ndt．
com DOI :１０．１１９７３/ws j c２０１８０５０１６
相控阵三维全聚焦成像检测技术
杨贵德,詹红庆,陈 伟,杜南开,陈振光,杨青兰
(广东省超声电子重点工程技术研究开发中心,汕头５１５０４１)
摘 要:由于全聚焦成像技术主要集中于使用一维线阵实现二维全聚焦成像,文中基于二维
面阵将全聚焦算法扩展至三维,并利用现场可编程门阵列的高速并行运算能力实现硬件的全聚焦过程,检测图像的刷新率高达２０帧四s －１,数据实时处理能力约为每秒２G 字节,从真正意义上实现
了实时三维全聚焦成像检测三通过仿真及系统试验表明,相比二维全聚焦成像结果,三维全聚焦成像结果更加直观,能够真实还原缺陷的整体结构三
关键词:全矩阵数据采集;相控阵;全聚焦;现场可编程门阵列;实时三维 中图分类号:TG１１５．２８ 文献标志码:A 文章编号:１０００-６６５６(２０１８)０５-００６４-０４
Phased Arra y ３D Total Focusin g Ima g in g Detection Technolo gy
YANG Guide ,ZHAN Hon gq in g ,CHEN Wei ,DU Nankai ,CHEN Zhen g uan g ,YANG Q in g lan
(Ke y En g ineerin g Technolo gy Research and Develo p ment Center of Guan g don g Province Ultrasonic Electronics ,
Shantou ５１５０４１,China )
Abstract :The research of total focusin g method (TFM )ima g in g technolo gy mainl y focuses on the use of one-dimensional arra y to realize two-dimensional total focusin g method (TFM )ima g in g ．In this p a p er ,the focusin g
al g orithm was extended to three-dimension based on two-dimensional arra y ,TFM p rocess was im p lemented b y
hardware based on hi g h s p eed p arallel com p utin g abilit y of FPGA．The refresh rate of detection results ima g e can be u p to twent y frames p er second ,real-time data p rocessin g ca p acit y is about ２G b y tes p er second ,and hence the real
time ３D-TFM detection is realized in real sense．The simulation and s y stem ex p eriments show that ,com p ared with the ２D-TFM ima g in g results ,３D-TFM ima g in g results are more intuitive ,and the whole structure of the defect can
be trul y restored．
Ke y words :full matrix data ca p ture ;p hased arra y ;total focusin g ;FPGA ;real time ３D
传统的相控阵超声检测技术根据特定聚焦法则并行激发多个阵元,从而使得合成超声波束在被检工件内实现偏转和聚焦,再把接收到的信号依据聚
焦法则延时累加起来形成最终的检测结果[
１]
三由于传统相控阵是基于发射单点聚焦或者发射多点动态聚焦的技术,阵元组的激发次数将直接影响检测结果图像的刷新率,因此传统相控阵技术即使采用动态聚焦也是分段的动态聚焦,实际上并不具备高分辨率的聚焦检测能力三
全聚焦(TFM )
技术是近年来随着高速处理器的发展而出现的一种基于全矩阵数据采集(FMC )的图像后聚焦新技术[
２]
三该技术依次顺序激发阵列探头的每单个阵元且所有阵元同时接收信号,遍历激发整
个阵列之后采集到全矩阵数据,再根据相应的全聚焦法则,提取相应有效回波数据累加到全聚焦图像的目
标成像区域即可实现全聚焦成像[
３]
三由于全聚焦技术在目标成像区域的每一个像素点都对应一个聚焦法则,即全聚焦图像的每个像素点都是聚焦点,因而能够提供被检工件的高分辨率成像检测结果三
当前国内外专家学者对于相控阵全聚焦技术的研究,基本都集中在一维线阵相控阵探头的二维全聚焦成像上三二维全聚焦成像技术确实能够有效检出工件内的各种缺陷,且检测图像的缺陷分辨率较
４６万方数据