【摘要】：超聲相控陣成像技術(shù)可控制陣列中各陣元發(fā)射(或接收)超聲波的時(shí)間(相位),實(shí)現(xiàn)各陣元的聲束在聲場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)、聚焦,達(dá)到成像檢測(cè)的高端技術(shù)。與常規(guī)超聲方法相比,它具有快速靈活,機(jī)械可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展,超聲相控陣陣列換能器的設(shè)計(jì)和多通道超聲發(fā)射與接收系統(tǒng)已成為相控陣檢測(cè)的兩大關(guān)鍵技術(shù)。作為超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)的電控核心,多通道超聲發(fā)射與接收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了波束時(shí)空控制的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；而陣列換能器是實(shí)現(xiàn)超聲成像檢測(cè)的直接部件,它承擔(dān)了與檢測(cè)對(duì)象的直接接觸,對(duì)相控陣檢測(cè)的性能和成像質(zhì)量有著直接的影響。在相控陣超聲陣列設(shè)計(jì)中,往往以縮小陣元間距,增加陣元密度的方式來(lái)消除柵瓣,解決成像空間模糊的問(wèn)題,但也帶來(lái)了提高陣列成本,增加制作難度,而且使陣元間的互輻射效應(yīng)變得嚴(yán)重的弊端,這在大型陣列換能器的設(shè)計(jì)中尤為明顯。而稀疏陣列正是解決上述弊端的有效途徑。本文提出一種改進(jìn)的粒子群算法,對(duì)不同的相控陣一維稀疏陣列進(jìn)行仿真優(yōu)化分析,計(jì)算出能反映成像的空間分辨率和對(duì)比度分辨率的陣列方向圖,得到了綜合聲學(xué)性能接近參考滿(mǎn)陣陣列的稀疏陣列。實(shí)驗(yàn)分析表明,粒子群算法的引用能為稀疏陣列提供有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在改進(jìn)粒子群算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合了最小冗余度陣列,使稀疏陣列保持高空間分辨率的同時(shí),也改善了對(duì)比度分辨率,并且解決了單純靠粒子群算法得到的稀疏陣列一致性差的問(wèn)題。采用MATLAB與Visual Studio 9.0混合編程,開(kāi)發(fā)了超聲相控陣稀疏陣列控制平臺(tái),它可實(shí)現(xiàn)任意孔徑、任意有效陣元數(shù)的陣列換能器稀疏控制,也能實(shí)現(xiàn)不同孔徑的稀疏陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能評(píng)估,并基于此平臺(tái)設(shè)計(jì)了超聲相控陣稀疏陣列檢測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)稀疏陣列檢測(cè)系統(tǒng),使用兩種算法得到的稀疏陣列,以及相應(yīng)孔徑參考陣列,對(duì)不同板厚的具有氣孔、未熔合、未焊透、夾渣、裂紋典型焊縫缺陷試塊進(jìn)行檢測(cè)成像對(duì)比,建立典型稀疏陣列與焊縫缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)。缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)表明,粒子群算法結(jié)合最小冗余度陣列的方法,可以在提高稀疏陣列成像空間分辨率的同時(shí),也改善檢測(cè)成像的對(duì)比度分辨率,并能提供較高質(zhì)量的超聲檢測(cè)成像。
[Abstract]:The ultrasonic phased array imaging technology can control the time (phase) of each array element to transmit (or receive) ultrasonic wave, realize the sound beam of each array element to deflect in the sound field, focus, reach the high-end technology of imaging detection. Compared with the conventional ultrasonic method, it has the advantages of fast and flexible, strong mechanical reliability and so on. According to the research progress of phased array ultrasonic detection technology at home and abroad, the design of ultrasonic phased array transducer and the multi-channel ultrasonic transmitting and receiving system have become two key technologies of phased array detection. As the electronic control core of ultrasonic phased array detection system, multi-channel ultrasonic transmitting and receiving system realizes several key technologies of space-time control of beam. The array transducer is the direct component of ultrasonic imaging detection, which bears direct contact with the detection object, and has a direct impact on the performance and imaging quality of phased array detection. In the design of phased array ultrasonic array, the method of reducing the distance between array elements and increasing the density of array elements is often used to eliminate the grating lobe and solve the problem of blurred imaging space, but it also increases the cost of array and makes it more difficult. Moreover, the mutual radiation effect between array elements becomes a serious drawback, which is especially obvious in the design of large array transducers. Sparse array is an effective way to solve these problems. In this paper, an improved particle swarm optimization algorithm is proposed to simulate and optimize the one-dimensional sparse array of different phased arrays, and to calculate the array pattern which can reflect the spatial resolution and contrast resolution of the imaging. A sparse array with a comprehensive acoustic performance close to the reference full array is obtained. Experimental analysis shows that the reference of particle swarm optimization algorithm can provide an effective optimization design for sparse array. Based on the improved particle swarm optimization (PSO) algorithm, the minimum redundancy array is combined to keep the sparse array with high spatial resolution and to improve the contrast resolution. The problem of poor consistency of sparse array based on particle swarm optimization is solved. The control platform of ultrasonic phased array sparse array is developed by mixed programming of MATLAB and Visual Studio 9.0. It can realize sparse control of array transducer with arbitrary aperture and arbitrary effective array element number. The optimal design and performance evaluation of sparse array with different aperture can also be realized, and the ultrasonic phased array sparse array detection system is designed based on this platform. Through the sparse array detection system, using the sparse array obtained by the two algorithms, and the corresponding aperture reference array, the different plate thickness with porosity, not fused, not welded through, slag, crack typical weld defect test blocks were detected and compared. The database of typical sparse array and weld defect is established. The defect detection experiments show that the particle swarm optimization algorithm combined with the minimum redundancy array method can improve the spatial resolution of sparse array imaging and improve the contrast resolution of detection imaging. It can provide high quality ultrasonic imaging.
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TB559

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳善繼;張銳戈;吳國(guó)慶;陳超;馬英;王濤;;極化敏感陣列及其應(yīng)用研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2009年05期

2 李國(guó)強(qiáng)，劉立人，，邵嵐;兩層陣列二的補(bǔ)碼復(fù)數(shù)并行算法及其光學(xué)實(shí)現(xiàn)[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1995年05期

3 姜根山;張榮英;安連鎖;田靜;;周期性管陣列的聲傳播特性實(shí)驗(yàn)研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2011年29期

4 王永寶;;AP85陣列機(jī)上同步并行數(shù)值計(jì)算[J];航空計(jì)算技術(shù);1989年03期

5 程立;時(shí)家明;汪家春;袁忠才;許波;;單層柱狀等離子體陣列對(duì)微波透射衰減影響的實(shí)驗(yàn)研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2014年02期

6 張海霞;趙惠玲;陳鋒;萬(wàn)偉;;一種分析多層周期陣列結(jié)構(gòu)的有效方法[J];計(jì)算機(jī)仿真;2009年09期

7 呂江濤;趙玉倩;宋愛(ài)娟;楊琳娟;張楊宇;劉艷;谷瓊嬋;姜瀟瀟;馬振鶴;王鳳文;司光遠(yuǎn);;超小間距納米柱陣列中的諧振調(diào)制[J];物理學(xué)報(bào);2013年23期

8 張廣寧;李夢(mèng)軻;;納米ZnO陣列的制備及熒光特性[J];遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年02期

9 王均宏;楊于杰;苗俊剛;陳云梅;;角錐陣列的散射特性[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2009年03期

10 趙娟;王大勇;張亞新;耿則勛;陶世荃;;光學(xué)稀疏孔徑系統(tǒng)復(fù)合陣列構(gòu)造對(duì)系統(tǒng)成像的影響[J];中國(guó)激光;2009年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前9條

1 馬玉榮;;一維方解石單晶微納陣列結(jié)構(gòu)的可控合成[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第05分會(huì)：無(wú)機(jī)化學(xué)[C];2014年

2 魏文博;葛廣路;;金納米棒垂直陣列的制備、表征與應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第33分會(huì)：納米材料合成與組裝[C];2014年

3 葉小舟;齊利民;;硫化鋅納米碗陣列的制備及其在傳感方面的應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第12分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

4 蔡金光;齊利民;;基于二氧化鈦納米棒陣列結(jié)構(gòu)的自清潔寬波段全方向減反射涂層[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

5 李宏俊;陳展鵠;李麗玲;;LED陣列失效特性分析及探討[A];海峽兩岸第九屆照明科技與營(yíng)銷(xiāo)研討會(huì)專(zhuān)題報(bào)告文集[C];2002年

6 毋芳芳;馬小健;馮金奎;錢(qián)逸泰;熊勝林;;三維Co_3O_4和CoO@C墻陣列形貌控制,形成機(jī)理以及鋰電性能的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第33分會(huì)：納米材料合成與組裝[C];2014年

7 魏志祥;李梅;黃際勇;;導(dǎo)電聚合物納米結(jié)構(gòu)陣列的制備和性能研究[A];2007年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（上冊(cè)）[C];2007年

8 俞國(guó)軍;王森;鞏金龍;曹建清;朱德彰;;低能離子束輔助大面積制備納米點(diǎn)陣列[A];2006全國(guó)荷電粒子源、粒子束學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

9 鐘留彪;張軍昌;江林;;多功能化等離子體念珠結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第33分會(huì)：納米材料合成與組裝[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 果然;基于中小孔徑陣列的超分辨測(cè)向算法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 姜家財(cái);基于成對(duì)陣列的多信號(hào)檢測(cè)與測(cè)向算法研究[D];電子科技大學(xué);2015年

3 曹佳;端射天線陣列機(jī)理與應(yīng)用研究[D];北京理工大學(xué);2015年

4 楊京;時(shí)間調(diào)制陣列理論與共形陣列技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

5 騰云;大氣壓空氣中百赫茲級(jí)納秒脈沖彌散放電的研究[D];華中科技大學(xué);2015年

6 代宇;憶阻器及其交叉陣列在數(shù)據(jù)存取和圖像識(shí)別中的應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2015年

7 柏艷飛;波導(dǎo)陣列中光學(xué)模擬與量子行走的研究[D];南京大學(xué);2015年

8 門(mén)丹丹;高衍射強(qiáng)度二維有序陣列/水凝膠復(fù)合體系及可視化傳感研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

9 朱迪夫;通過(guò)多元方法構(gòu)造功能性有序微結(jié)構(gòu)陣列[D];吉林大學(xué);2010年

10 肖作毅;微反應(yīng)器中三維有序多孔陣列的制備[D];大連理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 歐陽(yáng)威信;半導(dǎo)體納米棒陣列的制備及其光電性能的測(cè)試[D];華南理工大學(xué);2015年

2 李淑彬;基于ZnO納米棒陣列的紫外光響應(yīng)性能研究[D];天津理工大學(xué);2015年

3 胡曉曉;金屬氧化物/二氧化鈦納米管陣列復(fù)合材料制備及其鋰電性能研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 丁江放;耦合微懸臂陣列集體振動(dòng)模的光學(xué)囚禁及冷卻[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(武漢物理與數(shù)學(xué)研究所);2015年

5 賈小亞;鎳和氧化鎳有序孔陣列的構(gòu)筑及其性能研究[D];西南大學(xué);2015年

6 彭桃;基于遺傳算法的超聲稀疏陣列成像方法研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 楚東月;復(fù)合靜電吸附陣列的吸附性能研究及應(yīng)用[D];鄭州輕工業(yè)學(xué)院;2015年

8 凌雪燕;多切口金納米圓環(huán)陣列光學(xué)特性研究[D];陜西師范大學(xué);2015年

9 李鑫;基于MOS電阻陣列的紅外場(chǎng)景仿真系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

10 張俊波;基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的陣列校正與測(cè)向研究[D];電子科技大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2389269