[发明专利]一种基于极坐标的超声成像系统及圆形阵列面阵探头

说明书

本发明公开了一种基于极坐标的超声成像系统及圆形阵列面阵探头，系统包括：圆形阵列面阵探头以及数据处理终端；圆形阵列面阵探头的振元晶面为圆形，且振元晶面上分布有若干圆形振元晶片，各圆形振元晶片的圆心，分布在以振元晶面的中心点为原点的若干圆周上；圆形阵列面阵探头，用于对待测圆柱形工件进行探测，生成探测数据并将探测数据传输至数据处理终端；数据处理终端，用于接收探测数据并根据探测数据以及预设的极坐标系计算待测圆柱形工件成像区域中各焦点的极坐标，继而根据各焦点的极坐标生成待测圆柱形工件成像区域的全聚焦图像。通过实施本发明能在对圆柱形工件进行全聚焦成像时，降低算力资源并减少成像误差。

技术领域

本发明涉及超声无损检测技术领域，尤其涉及一种基于极坐标的超声成像系统及圆形阵列面阵探头。

背景技术

现有技术中针对于检测件进行超声检测通常使用超声全聚焦技术，全聚焦技术是一种高级的超声波成像相控阵技术，通过采集被测区域内任意点的全矩阵回波数据并进行虚拟聚焦，能够克服相控阵技术的缺点。传统的全聚焦技术在3D成像中，通常使用直角坐标系建立成像模型，使用的传感器探头也是基于直角坐标系所建立的面阵列探头；

上述方法并不适用于圆柱形工件的成像，主要有以下原因；

1、使用直角坐标系所建立的3D成像模型，其成像区域是立方体(如图1中的(a)所示)，对于圆柱体的被测工件来说增加了计算冗余，浪费算力资源，如图1中(b)所示，圆柱形区域为有效计算区域，而除圆柱形区域外的区域为冗余计算区域。

2、由于圆柱体工件表面反射声波为圆弧形，而现有面阵探头采用基于直角坐标系所建立的面阵列探头，因此会在以直角坐标系定位的振元晶片上产生能量中心定位误差，从而导致真实的声波轨迹与所识别的声波轨迹存在误差，如图2所示。

3、现有面阵探头的振元排布模式为矩形切割，每一个小振元的形状也是矩形(如图3(a))；或者是单层或者多层环结构面阵探头，每个小振元的形状是等面积不等弧长的扇形(如图3(b))；采用矩形阵列探头和多层环形阵列探头探测圆环形被检测物体时，晶片中心点距离晶片边缘不等距，从而使得接收到的能量中心与晶片的物理中心不重合，导致成像误差(如图4中的图(a)和图(b)所示)，且采用矩形阵列探头不能充分利用有效接触面积。

发明内容

本发明实施例提供一种基于极坐标的超声成像系统及圆形阵列面阵探头，能在对圆柱形工件进行全聚焦成像时，降低算力资源并减少成像误差。

一种基于极坐标的超声成像系统，其特征在于，包括：圆形阵列面阵探头以及数据处理终端；所述圆形阵列面阵探头的振元晶面为圆形，且所述振元晶面上分布有若干圆形振元晶片，各所述圆形振元晶片的圆心，分布在以所述振元晶面的中心点为原点的若干圆周上；

所述圆形阵列面阵探头，用于对待测圆柱形工件进行探测，生成探测数据并将所述探测数据传输至所述数据处理终端；

所述数据处理终端，用于接收所述探测数据并根据所述探测数据以及预设的极坐标系计算所述待测圆柱形工件成像区域中各焦点的极坐标，继而根据各所述各焦点的极坐标生成所述待测圆柱形工件成像区域的全聚焦图像；其中，所述预设极坐标系以所述圆形阵列面阵探头的中心点为极点进行构建。

进一步的，所述根据各所述各焦点的极坐标生成所述待测圆柱形工件成像区域的全聚焦图像,具体包括：

根据各所述焦点的极坐标计算在每一所述圆形振元晶片下，各所述焦点对应的超声波穿越时长；

根据每一所述圆形振元晶片下，各所述焦点对应的超声波穿越时长，计算各所述焦点的声场能量总值；

根据所有所述焦点的声场能量总值，生成所述待测圆柱形工件成像区域的全聚焦图像。

进一步的，通过以下方式计算一所述焦点在一所述圆形振元晶片下的超声波穿越时长：