[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

说明书

本发明涉及一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统，主要用于受损混凝土内部缺陷的检测。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，包括：主控处理模块，超声波信号激励模块，超声信号接收模块，超声阵列换能器模块，图像显示模块。本发明所述检测系统由于采用收发一体的超声阵列换能器并结合合成孔径聚焦成像算法，因而在实际应用中避免了普通混凝土超声检测系统检测区域小、检测效率低、收发换能器位置难以对齐、检测结果不易判断的问题，在受损混凝土内部缺陷检测现场的应用中具有较高的准确性和适用性。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统。

背景技术

混凝土作为一种可塑性强、耐久性好、强度高的材料，在生产生活中被广泛使用，但由于环境或人为因素，使用过程中其内部会不可避免的出现裂缝、空洞、不密实区，这些缺陷的出现使混凝土的承载力和耐久性受到严重影响，因此对混凝土内部缺陷进行快速、准确的无损检测尤为重要。

传统混凝土超声无损检测系统只进行单或双通道数据采集，获取多点数据需要反复实验逐点进行，这种系统虽操作简单，但工序繁琐、工作量大、耗费时间和人力。同时，由于只对采集到的一维信号进行分析处理，导致传统检测系统的检测精度和系统分辨率降低，受环境噪声和底面回波信号影响较大，缺陷信号可能被湮没，从而混凝土内部缺陷的漏检率提高。

合成孔径聚焦成像技术是利用小直径低频率的换能器是检测系统分辨率提高的一种方法，而收发一体的超声阵列换能器可以实现多通道高频声波聚焦发射和接收，极大地缩短了采样时间、提高了工作效率。二者相结合，使超声混凝土缺陷检测系统达到了低的工作频率和高图像分辨率的要求。这将会给混凝土内部缺陷无损检测带来极大的便利，具有十分重要的社会效益和实际意义。

发明内容

本发明之目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统，以对混凝土内部缺陷进行快速、准确的检测。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现。

一种基于合成孔径聚焦成像的超声阵列混凝土检测系统，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；

进一步，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。

进一步，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)。