Page 67 - 无损检测2023年第十二期

刘春华, 等:
相控阵超声检测缺陷识别与分类研究进展
图2 相控阵超声波束偏转及聚焦示意
不同的延时法则, 不同时刻波束偏转的方向不同, 可
以在不移动探头的情况进行缺陷检测。动态聚焦是
指动态地控制延时法则, 在不同深度实现聚焦, 常常
用于检测厚度较薄的工件 [ 6 ] 。
1.3 声场建模
声场建模的关键是建立数学模型, 目前常用的
建模方法有解析法、 半解析法和数值法。解析法是
通过建立解析表达式求解问题的方法, 该方法适用
于简单情况, 典型的方法为多元高斯法
场的高斯声场解析表达式较容易求解, 对一系列单
个声场进行加权便可以得到相控阵探头发射的声
场, 其优势是计算速度快。但是其成立的假设条件
是建立在近轴近似理论的基础上, 当波束发生偏转
时, 其结果误差较大。半解析法是在使用数值法计
算声场的过程中部分采用表达式进行解析的方法,
可以提高数值法的计算速度, 也可以解决一些解析
法不能解决的问题, 是一种较为主流的声场计算方
法。数值法是一种近似方法, 其依靠良好的计算能
力可以处理各种复杂的问题, 包括有限元法、 边界元
图3 相控阵超声基本扫描方式示意
法和有限差分法等 [ 8 ] , 其不足之处是效能的发挥依
赖于计算机的性能。
1.4 成像技术
相控阵超声在成像方面有着明显优势, 其具有
分辨率高、 成像速度快、 灵敏度高等优点, 因此在医
学、 工业、 生物等领域应用广泛。传统的定点聚焦成
像和动态聚焦成像 [ 9 ] 两种方法在成像质量方面都存
在不足, 与之相比, 以全聚焦法、 压缩传感成像和声
学非线性成像为代表的成像技术近年来受到了广泛
关注。
2005 年 英 国 布 里 斯 托 尔 大 学 的 HOLMES
等 [ 10 ] 提出了全聚焦法, 与传统成像方法相比, 其具
有较高的分辨率, 在超声成像领域引起了巨大轰动。
[ 7 ] 。单个声
全聚焦法的基础是全矩阵捕捉( 见图 4 ), 每次一个
阵元发射, 所有阵元接收, 依次激发所有阵元, 采集
存储的数据被称为全矩阵。全矩阵捕捉可以获得所
有的回波数据, 便于后续信号处理 [ 11 ] 。随着计算机
技术的发展和大数据处理能力的提高, 全聚焦法具
有广阔的应用前景。
随着相控阵超声成像技术的进一步发展, 全聚
焦法数据采集时间和存储空间成本不断增加, 故迫
切需要一种在保留信息准确性的同时有效降低数据
量的算法。压缩传感算法是一种从小样本中恢复压
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2023年 第45卷 第12期
无损检测