Page 39 - 无损检测2021年第十二期

“奥林巴斯杯2021超声检测技术优秀论文评选”活动获奖论文

DOI : 10.11973 / ws j c202112001

基于 AR-TFM 方法的超声成像分辨力提升

史思琪 , 林 莉 , 严 宇 , 廖静瑜 , 张晓峰 , 杨会敏 , 金士杰 1
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( 1. 大连理工大学 无损检测研究所, 大连 116024 ; 2. 核工业工程研究设计有限公司, 北京 101300 ;

3. 中国核工业二三建设有限公司, 北京 101300 )
摘 要: 将多频带自回归( AR ) 谱外推和全聚焦方法( TFM ) 相结合, 提出了一种 AR-TFM 方

法, 可将超声成像分辨力从波长级提升至亚波长级。采用基于高阶累积量的奇异值分解方法确定
AR 阶数, 选择多组有效频带外推处理全矩阵数据中的阵列信号, 并对结果进行平均加权, 最后实
施延时叠加和逐点成像, 提高该方法的适用性和鲁棒性。分别采用 TFM 和 AR-TFM 方法对碳钢
试块进行检测, 并对其检测结果进行对比。仿真和试验结果表明, AR-TFM 方法能够突破瑞利准
则的限制, 有效提高超声成像分辨力, 实现了碳钢试块3个中心距为0.7 λ ( λ 为超声波长) 的相邻圆
孔的分离, 缺陷深度定位误差不超过1.8% , 中心距定位误差不超过15% 。

关键词: 自回归谱外推; 全聚焦方法; 成像分辨力; AR-TFM

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 12-0001-04

Resolutionenhancementofultrasonicima g in g basedonAR-TFM method

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SHISi q i , LINLi , YANYu , LIAOJin gy u , ZHANGXiaofen g YANGHuimin , JINShi j ie 1
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( 1.NDT&ELaborator y , DalianUniversit y ofTechnolo gy , Dalian116024 , China ;

2.NuclearIndustr yResearchandEn g ineerin gCo. , Ltd. , Bei j in g 101300 , China ;

3.ChinaNuclearIndustr y 23ConstructionCo. , Ltd. , Bei j in g 101300 , China )

Abstract : Inthisp a p er , themulti-fre q uenc ywindowsautore g ressives p ectralextra p olationwithtotalfocusin g

method ( AR-TFM ) isp resentedanda pp liedtoraisetheultrasonicima g in gresolutiontofrom wavelen g th-scale

subwavelen g th-scale.Sin g ularvaluedecom p ositionbasedonhi g herordercumulantstatisticsisem p lo y edto

determinetheARorder.Fullmatrixca p turedataisp rocessedb yARs p ectrumextra p olationbasedonseveral

effectivefre q uenc ybands , andthenextra p olateds p ectraarelinearl y combinedandavera g ed.TheTFMima g in g is

p erformedontheextra p olatedfullmatrixca p turedatatoenhancetherobustnessanda pp licabilit y .TheTFMand

AR-TFM methodswereusedtotestthecarbonsteeltestblocks , andthetestresultswerecom p ared.Thesimulated

andex p erimentalresultsdemonstratethatthediffractionlimitisbrokenthrou g hb y AR-TFM , realizin gthe

identificationofthreeside-drilled holes ( SDHs ) with0.7 λ ( wavelen g thλ ) centraldistance.Therelative

measurementerrorsofthede p thsandcentraldistanceofSDHsarenomorethan1.8%and15% , res p ectivel y .

Ke ywords : autore g ressives p ectrumextra p olation ; totalfocusin gmethod ; ima g in g resolution ; AR-TFM

相控阵超声检测( PAUT ) 技术在工业无损检测 3λ ( λ 为超声波长) [ 4-5 ] 。以全聚焦方法( TFM )
[ 6-7 ]
领域具有广泛的应用 [ 1-3 ] , 其成像分辨力约为 2 λ~ 为代表的相控阵超声成像后处理技术 [ 8 ] 能够实现待
检测区域的逐点聚焦, 将成像分辨力最高提升至
λ 。根据瑞利准则, 超声检测系统以有限带宽发射
收稿日期: 2021-09-09 [ 9 ]
基金项目: 国家自然科学基金( 51905079 ); 辽宁省“ 兴辽英才计
和接收脉冲信号, 极限分辨力通常为波长级 [ 10 ] 。
划” 项目( XLYC1902082 )
自回归( AR ) 谱外推方法 [ 11 ] 通过拓宽频域范
作者简介: 史思琪( 1995- ), 女, 博士研究生, 研究方向为材料无
损检测与评价 围, 压缩时域脉冲宽度来提高信号的时间分辨力。
因此, 将 AR 谱外推与 TFM 相结合, 对全矩阵数据
通信作者: 金士杰, j inshi j ie@dlut.edu.cn
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2021年 第43卷 第12期
无损检测