[发明专利]一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统

权利要求书

1.一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统，其特征在于，

所述系统包括：主控处理模块，超声波信号激励模块，超声波信号接收模块，超声阵列换能器模块，图像显示模块；

所述主控处理模块，包括RISC微处理器、信号储存模块、波包分解模块和合成孔径聚焦成像算法模块；其中，RISC微处理器用于控制高频脉冲发生器产生脉冲信号，波包分解模块用于对储存信号波包进行分解处理，在避免波包变形的同时去除大部分噪声信号，合成孔径聚焦成像算法模块用于对波包分解后的信号进行延时调整，以改善聚焦效果，提高图像信噪比；

所述超声波信号激励模块，包括高频脉冲发生器、脉冲信号变压器和高频功率放大器，该模块主要用于超声信号的产生，由所述主控处理模块中的RISC微处理器控制，该模块输入端连接RISC微处理器输出端；

所述超声波信号接收模块，包括信号放大模块、带通滤波模块和A/D采集模块；其中，信号放大模块用于放大接收信号增益，带通滤波模块用于过滤外界噪声信号，A/D采集模块用于把已经放大和滤波处理后的模拟信号转换成数字信号，其输出端连接主控处理模块的信号储存模块输入端；

所述超声阵列换能器模块，核心是收发一体的超声阵列换能器；用于超声信号聚焦接收和发送，该模块的输入端连接超声波信号激励模块输出端，该模块的输出端连接超声信号接收模块输入端；

所述图像显示模块用于显示检测得到的图像结果以及相关物理参数，该模块输入端连接主控处理模块输出端；

所述一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统的工作过程如下：

首先，通过主控处理模块中的RISC微处理器控制超声波信号激励模块中的高频脉冲发生器产生脉冲信号；所述脉冲信号经脉冲信号变压器和高频功率放大器进行能量调整后，由超声阵列换能器模块输入端进入超声阵列换能器以实现超声信号的延时聚焦；随后，将检测回波反射信号通过超声阵列换能器模块输出端传送至超声波信号接收模块，所述回波反射信号在超声波信号接收模块经过放大、滤波和A/D转换处理后成为便于储存且携带有用信息的数字信号；然后，所述数字信号依次经过信号储存模块、波包分解模块和合成孔径聚焦成像算法模块进行处理；最后，在图像显示模块中显示检测得到的图像结果以及相关物理参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统，其特征在于，所述超声阵列换能器是由若干个小尺寸横波换能器等距排列构成的面阵。

3.根据权利要求1所述的一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统，其特征在于，所述超声阵列换能器的阵元数为N＝4c(c为通道数)且16≤N≤64，阵元间距λ/4≤d≤λ/2(λ为波长)。

4.根据权利要求2所述的一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统，其特征在于，所述小尺寸横波换能器为干耦合接触式换能器，在检测时无需任何耦合剂，换能器频率小于100kHz。

5.根据权利要求1所述的一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统，其特征在于，一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)搭建如权利要求1-4任一所述一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统，并按照权利要求1所述方式将所述系统的各个模块进行连接；

(2)将待测混凝土的被检测区域尽可能打磨平整，并保持整洁干净；

(3)将超声阵列换能器固定在所述待测混凝土的被检测区域；

(4)调整主控处理模块以控制超声波信号激励模块发射高频脉冲信号；

(5)超声阵列换能器模块接收信号以激励换能器产生超声波信号；

(6)控制超声阵列换能器模块对待测混凝土的被检测区域进行全面扫查；

(7)对超声波信号接收模块接收采集到的回波信号进行放大、滤波、转换数字信号并储存；

(8)通过波包分解模块和合成孔径聚焦成像算法模块对储存信号进行时延聚焦处理，以提高缺陷信号信噪比及图像分辨率；

(9)将步骤(8)中处理好的信号输出到图像显示模块呈现出检测结果。