[發明專利]分層物體的合成孔徑聚焦超聲成像方法

有效

• 申請號: 201210523789.X
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103018333A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 秦開懷;楊春
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 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: 樓艮基

技術領域

本發明涉及超聲波無損檢測技術、合成孔徑聚焦成像技術、折射定律和直線掃描轉換技術，實現對包含規則分界面或非規則分界面的分層物體的表面形狀及內部結構快速成像。

背景技術

目前，在超聲波無損檢測領域，對于含有分界面的分層物體的超聲成像（超聲檢測方式包含接觸式和液浸式兩種模式，若將耦合劑層視為被測物體的一部分，則液浸式超聲檢測也可視為對分層物體的接觸式超聲檢測，因此本發明中將兩者統一稱為分層物體的超聲檢測及成像），主要有兩種方案：一是采用合成孔徑聚焦(SAFT)超聲成像技術與射線跟蹤(Ray?Tracing)技術相結合的方法，二是采用基于相位遷移(Phase?Shift?Migration)技術的相位遷移超聲成像方法。

合成孔徑聚焦技術(SAFT)源自于合成孔徑雷達技術(SAR)，于20世紀70年代初被引入到超聲成像領域，其具有不受近場區限制、方位分辨率高、分辨率只與超聲換能器尺寸有關而與距離無關等優點。SAFT超聲成像技術的基本原理是利用脈沖—回波(pulse-echo)測量機制，使用一個超聲換能器沿著固定軌跡對被測物體進行有序的掃描，并采用延時疊加(DAS)方法對掃描得到的脈沖回波信號進行聚焦成像，達到利用單一的較小孔徑的超聲換能器來模擬大的孔徑陣列的目的。SAFT超聲成像工作模型如圖1(a)所示，超聲換能器沿著掃描方向（X向）在物體表面作等間距的移動，在每一個掃描位置向物體的深度方向（Z向）發射超聲信號，對物體內部進行探測，同時超聲換能器接收物體內部反射物反射回的回波信號并采樣保存，最后對所有掃描位置處得到的采樣數據進行DAS與多點動態聚焦處理并顯示圖像。

DAS與多點動態聚焦技術需要對目標成像區域不同深度上的聚焦點計算不同的時延曲線。如圖1(a)所示，為了在目標反射物處(x，z)聚焦，SAFT技術將超聲換能器在其合成孔徑有效長度L內的每一個掃描位置處獲得的回波信號進行延時疊加處理：設s_i(t)為超聲換能器在u_i處接收到的回波信號，t為采樣時刻，u_i處關于目標反射物(x,z)的延時為

ti=2riv=2vz2+(x-ui)2,i=0,1,...,L-1.---(1)]]>

其中，v為超聲在介質中的傳播速度，r_i為(x，z)點距u_i的直線距離。合成孔徑有效長度L內所有的延時構成一條延時曲線，該曲線為一段雙曲線。L的計算公式為

L=0.84λz/D????(2)

λ為超聲在介質中的波長，D為超聲換能器的直徑，則在(x,z)處的成像為