一种超声相控阵楔块自检测系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及超声波相控阵无损检测领域，尤其设及一种超声相控阵模块自检测系 统及其方法。
【背景技术】
[0002] 超声相控阵技术广泛地应用于无损检测行业。该技术采用电子系统控制波束偏转 从而达到对不同方向和位置进行扫查的目的。由于采用动态聚焦等方法，能够在不同深度 上获得较高的分辨率和灵敏度。
[0003] 相控阵成像可W利用较小的换能器，在不移动或者少移动的条件下，对较大被测 区域扫描成像，因而在医学和工业检测中得到广泛应用，如在医学成像中，将探头放在肋骨 间隙，可W对屯、脏等胸腔内器官实时成像；在无损检测中，可利用相控阵横波成像，探测位 于40°~70°方向的缺陷，该些区域的探测往往是其他方法难W实现的，如图1所示。对 于超声相控阵横波成像检测，需要精确地知道超声模块的尺寸，通过计算每一个阵元发出 的超声波，如何通过模块进入被检测物体，才能够精确地调整每一个阵元的发射延时，从而 达到精确聚焦的目的。同时，模块的尺寸还被用于计算声束所照射的角度及覆盖区域，用于 把超声的声束数据变换到实际的物理位置，从而完成对缺陷的精确定位。
[0004] 但是，实际的加工及旧模块的磨损往往导致已知的模块尺寸与实际尺寸有较大差 另IJ。对于新加工的超声相控阵模块，往往由于加工误差导致了标定的尺寸不够精确，导致信 噪比和检测位置不精确。对于旧模块，由于有磨损，更加导致了超声相控阵检测性能的下 降。
[0005] 超声相控阵无损检测的关键问题在于两点；第一、精确地已知阵元位置，计算各个 阵元传播延时，从而精确地控制相位，实现高信噪比的聚焦；第二，精确地进行图像变形，从 而对于缺陷的精确定位。而上述两点将会造成超声相控阵成像分辨率下降及缺陷定位不准 确等问题。因此，解决上述两个问题的关键在于精确地知道超声相控阵模块的几何参数。
[0006] 针对超声相控阵横波成像中斜模块几何参数不精确的问题，目前往往采用测量尺 寸的方法，例如，采用游标卡尺，或者采用激光测量等技术测量精确尺寸；对于旧的磨损模 块，如需测量则要返回厂商，往往采用更换新模块的方法。但是该些方法要么测量费事，要 么更换成本太高。
【发明内容】
[0007] 为了解决现有技术中斜模块的几何参数精度的问题，本发明提供了一种新的超声 相控阵模块自检测系统及其方法。通过超声波自动测量模块的尺寸，并且能够对磨损模块 进行测量，从而能够实时监测模块的使用状态，达到自动测量和少更换斜模块的目的。
[000引一方面，本发明提供了一种超声相控阵模块自检测系统，包括超声相控阵换能器、 斜模块。超声相控阵换能器包括多个阵元，各个阵元处于单发单收模式。超声相控阵换能 器固定的设置在斜模块上。系统通过在进行超声相控阵成像前，对斜模块的几何参数进行 测量。系统通过检测各个阵元的脉冲返回时间w及斜模块材料的声速，估计斜模块的实际 几何参数。
[0009] 更优的，本系统还包含测量斜模块材料声速的部分，包括平模块。其中，平模块与 斜模块为相同的材料，且厚度为已知。超声相控阵换能器固定的设置在平模块上，系统通过 检测各个阵元的脉冲返回时间W及平模块的厚度，估计出斜模块材料的声速。
[0010] 在上述一种超声相控阵模块自检测系统中，主要包括了平模块、超声相控阵换能 器和斜模块。在平模块和斜模块上，分别先后的设置了相同的超声相控阵换能器。在平模 块和斜模块与超声相控阵换能器的连接面之间还填充了禪合液。超声相控阵换能器包括多 个阵元，将超声相控阵换能器设置为单发单收模式，即各个阵元依次对被检测物体发射声 波并接收信号。从而通过将超声相控阵换能器与平模块固定时获得各个阵元的返回时间和 平模块的厚度，估计模块材料的声传播速度。通过将超声相控阵换能器与斜模块固定时获 得的各个阵元的返回时间W及模块材料的声速，估计斜模块的实际几何参数。
[0011] 另一方面，本发明的实施例提供了一种超声相控阵模块自检测方法。通过对上述 装置的使用，W及通过计算公式，从而得到斜模块的实际几何参数。
[0012] 上述方法的步骤分别为：
[0013] 将超声相控阵换能器固定的设置在斜模块上；其中，超声相控阵换能器设置为单 发单收模式；
[0014] 利用收集的超声相控阵换能器信号估计各个阵元声波经底面的返回时间；
[0015] 利用各个阵元发射超声波经底面的返回时间和斜模块材料的声速，对斜模块的几 何参数进行估计；
[0016] 利用估计的斜模块的几何参数，重新修正超声相控阵成像系统中计算聚焦延时时 的斜模块的几何参数。
[0017] 更优的，本方法还包括一种测量斜模块材料声速的步骤：
[0018] 将超声相控阵换能器固定的设置在已知厚度的平模块上；
[0019] 将设置了超声相控阵换能器的平模块设置在被检测物体上；其中，超声相控阵换 能器设置为单发单收模式；
[0020] 利用收集的信号估计各个阵元发射声波经底面返回的时间；
[0021] 利用估值时间，并通过平模块的厚度计算出斜模块材料的声速。
[0022] 本发明的实施例提出了一种超声相控阵模块自检测系统及其方法，通过上述装置 和方法，获得了斜模块的实际几何参数。从而在使用超声相控阵成像时，采用所获得的实际 几何参数，修正了所采用的斜模块的理论几何参数，从而提高设备的检测精度。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例测量模块材料的声速的连接结构示意图；
[0024] 图2为本发明实施例测量斜模块几何参数的连接结构示意图；
[00巧]图3为本发明实施例中一种超声相控阵模块自检测方法的工作流程示意图；
[0026] 图4为本发明实施例检测斜模块材料声速的方法流程示意图；
[0027] 图5为超声相控阵成像仿真模型中采用无吸收界面结构示意图；
[002引图6为超声相控阵成像仿真模型中采用PML边界结构示意图；
[0029] 图7为采用图5所示的无吸收界面时超时脉冲仿真回波图；
[0030] 图8为采用图6所示的PML边界时超声脉冲仿真回波图；
[0031] 图9为超声相控阵成像时模块中实际测量的回波图；
[0032] 图10为超声相控阵成像时不同阵元底面回波的时间（采样点）及拟合曲线。
【具体实施方式】
[0033] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
[0034] 针对超声相控阵成像中斜模块加工精度不足、W及旧斜模块磨损所导致的尺寸不 精确，使超声成像出现分辨率下降及缺陷定位不准确的问题。本发明实施例详细地说明该 发明，实现了对超声相控阵模块精确地自测量，从而在超声相控阵系统使用期内，保持超声 相控阵成像检测最佳性能的目的。
[0035] 本发明的具体实施例可W分为一种超声相控阵模块自检测系统和一种超声相控 阵模块自检测方法两部分。
[0036] 本发明的一种超声相控阵自检测系统，包括平模块、斜模块、超声相控阵换能器W 及被检测物体。其中平模块和斜模块所采用的材料相同，同时，平模块的厚度为已知。
[0037] 图1为本发明实施例测量模块材料的声速的连接结构示意图。如图1所示，包括 超声相控阵换能器202和平模块201，超声相控阵换能器202还包括多个阵元。超声相控阵 换能器202设置在平模块201上。平模块201与超声相控阵换能器202的连接面之间填充 有禪合液。平模块201与超声相控阵换能器202通过螺纹固定连接，保证超声相控阵换能 器202和平模块201之间的作用力固定。被检测物体203设置在连接有超声相控阵换能器 202的平模块201之上，从而保证平模块201与被检测的物体203之间存在间隙。
[0038] 将超声相控阵换能器202调整为单发单收工作状态。在单发单收工作状态下，各 个阵元将依次发射超声信号并接收。例如，第一个阵元发射超声信号，然后第一个阵元接收 信号，第二个阵元发射超声信号，然后第二个阵元接收信号，并依次进行，总阵元个数为N，