[发明专利]基于多模式多模态超声相控阵检测系统的非线性成像方法

权利要求书

1.基于多模式多模态超声相控阵检测系统的非线性成像方法，所述超声相控阵检测系统包括相控阵换能器，用于发射和接收超声信号，所述相控阵换能器为压电超声相控阵换能器或电磁超声相控阵换能器，所述相控阵换能器包括由若干个阵元形成线阵或环阵或稀疏阵的相控阵探头；

相控阵触发器包括用于监测相控阵换能器工作温度的温度传感器、计算相控阵换能器位置变化的位移编码器；

相控阵控制器包括多个I/O接口，所述相控阵控制器包括多个通道，且用于独立控制每个通道中电信号的输入与输出；相控阵换能器的输入输出端分别与相控阵控制器相应引脚连接实现双向信号传输，所述相控阵触发器的输出端与相控阵控制器对应的I/O接口连接；

计算机，用于采集经相控阵控制器转换后的信号和输出到相控阵控制器内的采集参数；

其特征在于，包括以下步骤：

S1、计算机向相控阵控制器内输入相控阵触发器状态、超声波激励模态类型、超声波激励模式；

S2、计算机向相控阵控制器内输入超声激励信号、采集参数；

S3、通过相控阵换能器多个阵元分两次分别实现并行发射和顺序发射；

S4、采集连续声场信号且传输至计算机；

S5、得到并行图像的线性指标A₁(s)和顺序图像的线性指标A₂(s)；

S6、识别线性指标和补偿噪声，通过补偿噪声得到优化后的顺序聚焦信号集

S7、计算非线性图像指标；

S8、定量、定位评价微缺陷；

所述步骤S1中，所述相控阵触发器状态包括相控阵触发器使用状态和不使用状态，当为使用状态时，温度传感器、位移编码器择一使用或全部使用；所述超声波激励模态类型的种类包括体波、表面波、导波；所述超声波激励方式包括压电超声相控阵换能器对应的压电方式、电磁超声相控阵换能器对应的电磁方式；

所述步骤S2中，所述超声激励信号包括超声激励周期数N，激励电压V、发射阵元T的实际中心频率ω_T、接收阵元R的实际中心频率ω_R、发射阵元T的数量N_T、接收阵元R的数量N_R、像素点位于x-z坐标系的位置s、超声波在被检材料中的传播速度c、参照发射阵元T_o的x轴位置x_m、参照接收阵元R_o的x轴位置x_n，选择参照发射阵元T_o和参照接收阵元R_o，设定相控阵换能器中第a个发射阵元用延时法则第b个接收阵元用延时法则

所述步骤S3中，所述相控阵换能器中的全部阵元分两次分别实现并行发射和顺序发射，其中并行发射利用多个发射阵元按照延时法则集体输出信号，顺序发射则利用单个发射阵元循序发射；

所述步骤S5具体为：

S51、通过计算机将并行发射信号集p_b(s,t)和顺序发射信号集q_a,b(t)进行傅里叶变换，分别得到并行发射频域信号集P_b(s,ω)和顺序发射频域信号集Q_a,b(ω)；

S52、分别对并行发射频域信号集P_b(s,ω)和顺序发射频域信号集Q_a,b(ω)依次进行相应的延时匹配和叠加，并行发射合成聚焦信号集P(s,ω)的计算如下：

顺序发射合成聚焦信号集Q(s,ω)的计算如下：

S53、对并行发射合成聚焦信号集P(s,ω)和顺序发射合成聚焦信号集Q(s,ω)进行滤波，对应得到并行滤波信号和顺序滤波信号

S54、对并行滤波信号和顺序滤波信号进行傅里叶逆变换，从而得到并行时域合成信号集p(s,t)和顺序时域合成信号集q(s,t)；

S55、通过计算像素点至参照发射阵元T_o和参照接收阵元R_o的距离得到聚焦时间点t_f：

其中x、z分别为所述像素点在x-z坐标系中的x轴坐标和z轴坐标；

S56、利用样条插值法获取焦点处t_f的信号，最终得到线性成像指标，其中并行图像的线性指标A₁(s)的计算如下:

A₁(s)＝|p(s，t_f)| (4)

同样，顺序图像的线性指标A₂(s)的计算如下:

A₂(s)＝|q(s,t_f)| (5)

所述步骤S6具体为；

S61、通过设置并行图像的线性指标A₁(s)或顺序图像的线性指标A₂(s)的阈值，识别并行或顺序图像中的线性特征像素点s_l并选取它们对应的并行时域信号集p(s_l,t)或顺序时域信号集q(s_l,t)，通过使用以聚焦时间点t_f为中心的采样窗口，所述采样窗口的宽度t_w＝N/ω_R，对该采样窗口进行傅里叶变换得到并行时域信号集p(s_l,t)或顺序时域信号集q(s_l,t)的频域信号集，其中并行频域信号集P_w(s_l,ω)的计算步骤如下所示：

顺序频域信号集Q_w(s_l,ω)的计算步骤如下所示：

S62、评估噪声所引起的幅值上的差异性，计算并行频域信号集P_w(s_l,ω)和顺序频域信号集Q_w(s_l,ω)的振幅绝对值比χ_A(s_l,ω)和相位角差

所述振幅绝对值比χ_A(s_l,ω)计算公式如下：

所述相位角差计算公式如下：

S63、分别对全部线性特征点s_l的χ_A(s_l,ω)进行拟合分别得到幅值补偿系数χ_A(ω)和相位补偿系数

S64、根据幅值补偿系数χ_A(ω)和相位补偿系数对顺序发射信号集q_a,b(t)经过频域转换后合成后滤波后获得的信号进行噪声移除，得到优化后的顺序聚焦信号集具体计算公式如下：

所述步骤S7具体如下：

S71、将优化后的顺序聚焦信号集进行傅里叶逆变换，从而得到优化后的时域合成信号集

S72、计算优化后的时域合成信号集与并行时域合成信号集p(s,t)之间的绝对差κ(s)、幅值分量差κ_A(s)和相位角分量之间的绝对差作为三种非线性图像指标：

其中绝对差κ(s)的公式如下：

幅值分量差κ_A(s)的公式如下：

相位角分量之间的绝对差公式如下：

所述步骤S8具体如下：

确定所述步骤S5获得的并行图像的线性指标A₁(s)和顺序图像的线性指标A₂(s)中线性特征的位置和指标的大小，观察绝对差κ(s)、幅值分量差κ_A(s)和相位角分量之间的绝对差中非线性特征的位置和指标的大小，对比非线性特征与线性特征的位置和指标大小，对微缺陷进行定位与定量评价。