[發明專利]利用虛擬儀器技術的超聲波成像系統和成像方法

有效

• 申請號: 201210312911.9
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102854251A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 龔裕;胡躍剛;宋國榮;呂炎;李楠
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

1.一種利用虛擬儀器技術的超聲波成像系統，包括：圖像顯示單元、上位機系統、伺服控制箱、機械運動平臺、前端數據采集裝置、后端數據處理系統、工件定位調整裝置；其特征在于：

所述圖像顯示單元，包括與上位機系統連接的顯示器，人機交互界面和各儀器的顯示面板；操作者根據需要輸入運動控制參數、數據采集參數以及數據處理參數，在人機交互界面對任意層面的回波信息進行超聲檢測，并輸出檢測結果；

所述上位機系統，包括承載上位機硬件的機箱，數據采集卡，運動控制卡，核心的嵌入式控制器和上位機系統軟件；數據采集卡和運動控制卡通過PXI總線和嵌入式控制器通信；以及通過數據線和八槽機箱上的對應接口連接，實現數據傳遞；

所述伺服控制箱，一方面對步進電機發送脈沖指令，然后步進電機上的光電編碼器將脈沖指令轉換成步距角，實現電機的轉動；另一方面接收光柵尺和光電編碼器的反饋信息，實現開環、閉環、半閉環的控制；

所述機械運動平臺，由脈沖控制伺服放大器、交流伺服電機、精密絲杠、編碼器、光柵尺、連動支架、探頭連接桿和特制夾具組成；系統需要實現機械運動機構運動位移的自動檢測與控制、探頭高頻超聲回波信號的采集、分析與處理；信號的存儲、波形和波形結果的顯示；上位機系統根據運動控制算法程序得到控制輸出信號，通過運動控制卡傳送給電機驅動器，經驅動器放大，輸出給電機，電機帶動運動平臺移動；運動位移經光柵尺檢測輸出位移檢測信號，經運動控制卡輸入到上位機中，根據新的運動控制信號，調整運動平臺位置，實現探頭的精確定位；

所述前端數據采集裝置，第一部分是脈沖發射/接收儀和信號數據線；第二部分是數據采集卡，先進行A/D轉換，將脈沖的模擬電信號轉換成數字信號，傳到上位機進行處理，同時將上位機系統的信號經D/A轉換，用于控制數據采集過程；第三部分是點聚焦探頭和數據傳輸線；

所述后端數據處理系統的數據載入與定義位置坐標，生成峰值矩陣與降噪，和成像輸出；采用數學軟件MATLAB，進行算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算；將采集到的波形離散信息通過MATLAB中相關函數進行數值處理，再用圖像處理的方法給圖像降噪及光滑，最終得到幅值成像圖；

數據載入與定義位置坐標是將前面上位機將運動和數據采集的信息存儲下來后，將數據文件夾中的電子表格全部導入；需要完成讀取文件，用定義的序列把表格中的信息讀出，再賦予其對應的空間位置坐標；

在掃描結束后生成峰值矩陣與降噪，按照幅值成像原理，利用MATLAB編程對其做變換和處理；

原始數據處理后按二維空間分布排列后，對生成的峰值矩陣進行降噪處理；降噪處理的方式為設定閾值，各矩陣值與閾值比較再做處理實現降噪；所選閾值根據需要選擇為固定值或遵循某一規律的浮動值；

成像與輸出，是將各波形值生成二維灰度矩陣，對矩陣的行和列分別進行插值，將插值后的矩陣進行成像；利用插值的方法將圖像光滑處理得出結果；圖像輸出形式為二維或三維；

所述工件定位調整裝置，包括工件和配合工件調整定做的一套水平調整裝置；工件材料為金屬材料或密度較高的非金屬材料；工件為規則形狀或外表面輪廓不規則的柱體。