【摘要】：超聲相控陣系統(tǒng)通過控制相控陣探頭的陣元激發(fā)順序?qū)崿F(xiàn)聲束偏轉(zhuǎn)、聚焦,并接收超聲回波,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)工件的快速高效檢測(cè)。超聲相控陣系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)發(fā)射聲束和接收合成的時(shí)間進(jìn)行控制,以獲得高質(zhì)量的聲場(chǎng)。相控陣合成聚焦技術(shù)包括動(dòng)態(tài)聚焦、動(dòng)態(tài)變跡、動(dòng)態(tài)孔徑等。論文重點(diǎn)研究了超聲相控陣合成聚焦技術(shù)的原理,提出了改善常規(guī)聚焦聲束分辨率的方法并進(jìn)行基于FPGA的合成聚焦算法設(shè)計(jì),最終驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)聚焦與動(dòng)態(tài)變跡技術(shù)在提高空間分辨率上的優(yōu)越性。論文所做的主要工作和成果如下:1.論述超聲波相控陣基礎(chǔ)原理。研究了超聲聲場(chǎng)理論及檢測(cè)原理、相控陣檢測(cè)原理,并根據(jù)原理計(jì)算相控陣陣元的偏轉(zhuǎn)、聚焦延遲參數(shù),并進(jìn)一步計(jì)算聚焦聲場(chǎng)的聲壓分布,以此作為聲場(chǎng)仿真的基礎(chǔ)。同時(shí)也探討了多種改善超聲相控陣聚焦聲場(chǎng)的算法原理以及實(shí)現(xiàn)方法。2.聚焦算法的設(shè)計(jì)與仿真。利用聲壓分布建立聲場(chǎng)仿真,利用仿真研究不同聚焦算法在缺陷掃查成像時(shí)的分辨率,并根據(jù)仿真結(jié)果選擇了一種適用于超聲相控陣數(shù)字系統(tǒng)的成像算法。3.基于FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)合成聚焦算法。分析超聲相控陣數(shù)字系統(tǒng)的特性,基于FIR濾波器設(shè)計(jì)了一種插值濾波模塊,并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了精度能夠達(dá)到2.5ns的聲束合成方法;根據(jù)FPGA特性將實(shí)時(shí)聚焦算法設(shè)計(jì)融合到合成模塊中,利用少量的邏輯資源實(shí)現(xiàn)了之前設(shè)計(jì)的包含動(dòng)態(tài)聚焦與動(dòng)態(tài)變跡的聚焦算法。4.測(cè)試合成聚焦算法。將設(shè)計(jì)完成的聚焦算法模塊拼接到超聲相控陣數(shù)字系統(tǒng)中,進(jìn)行調(diào)試分析工作,測(cè)試結(jié)果表明合成聚焦算法可以改善系統(tǒng)分辨率。
【圖文】：

是人們獲得不透光物體內(nèi)部聲學(xué)特性分布的最直觀的方法之一[測(cè)的基本原理。超聲波是頻率大于 20kHz 的聲波，超聲場(chǎng)是超間范圍。只有當(dāng)缺陷位于超聲場(chǎng)的有效空間內(nèi)時(shí)，發(fā)射的聲波或衍射，才有可能被探測(cè)到。聲場(chǎng)的主要物理量包含聲壓 P、抗能直接表示介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)，它是介質(zhì)密度ρ與介質(zhì)中聲速Z= · 超聲頻率大多在 0.5MHz 到 15MHz 之間[36]。超聲探傷時(shí)利用超聲聲-聲電換能器）將電子系統(tǒng)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)聲壓的超聲波聲回波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行處理并顯示。超聲探傷的分類有很多為接觸法和液浸法兩大類；按聲波傳播方式可分為反射法和投式可分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波等；按波型又可以分為縱波。在實(shí)際使用中，廣泛使用的是接觸式脈沖反射法，，包括縱波[37]。法主要利用聲波中的縱波進(jìn)行探傷，它的應(yīng)用比較普遍，主要于掌握。圖 2.1 是該方法的基本原理示意圖：

Z= · 的超聲頻率大多在 0.5MHz 到 15MHz 之間[36]。超聲探傷時(shí)利用超聲電聲-聲電換能器）將電子系統(tǒng)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)聲壓的超聲超聲回波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行處理并顯示。超聲探傷的分類有很多分為接觸法和液浸法兩大類；按聲波傳播方式可分為反射法和投方式可分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波等；按波型又可以分為縱波等。在實(shí)際使用中，廣泛使用的是接觸式脈沖反射法，包括縱波法[37]。傷法主要利用聲波中的縱波進(jìn)行探傷，它的應(yīng)用比較普遍，主要易于掌握。圖 2.1 是該方法的基本原理示意圖：圖 2.1 掃查示意圖。1-探頭；2-工件；3-缺陷；4-工件底面
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB55;TN791

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2610595