基于超声相控阵全矩阵数据的缺陷成像方法对比分析

作     者：陈波 李艳军 董晨曦 张亚楠 李雄兵 

作者机构：河南航天精工制造有限公司 中南大学交通运输工程学院 

出 版 物：《应用声学》 (Journal of Applied Acoustics)

年 卷 期：2025年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070206[理学-声学] 0802[工学-机械工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：河南省紧固连接技术重点实验室开放课题(JGLJ2310) 

主　　题：超声相控阵 缺陷成像 全矩阵采集 全聚焦法 延时组合乘叠加法 

摘      要：材料内部缺陷的高信噪比成像是缺陷量化和后续结构损伤容限设计的重要前提。然而，传统相控阵成像技术受限于固定焦点位置，导致非聚焦区域的信噪比、检测灵敏度和成像分辨率较低。基于全矩阵数据的相控阵后处理成像技术，如线性全聚焦成像法（TFM）和非线性延时组合叠加法（DMAS），可显著提升成像分辨率和信噪比。为了对比分析两种成像方法的优劣，该文首先阐述了各自成像原理，再制备5个直径为1.5 mm、最大埋深为30 mm的横通孔缺陷进行成像实验。实验结果表明，当使用64阵元且中心频率为5 MHz的相控阵探头时，DMAS信噪比为58.64 dB，远优于TFM的28.22 dB信噪比，但每个像素点DMAS运算次数是TFM的(N2-1)/2倍（N为阵元数）。最后，为进一步提升计算效率和改善图像信噪比，对不同数量的激发阵元进行了两种成像方式的信噪比和计算时间的对比分析。通过减少激发阵元的数量，在最小允许信噪比条件下，提高运算效率。