超聲相控陣動態(tài)聚焦技術研究

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1、國內(nèi)圖書分類號：n膨國際圖書分類號：西南交通大學研究生學位論文密級：公開年級三雯二二級姓名醫(yī)鏖塞申請學位級別王程亟±專業(yè)光堂王程指導老師王鍪教援二零一四年五月C12LssifiedIndex：T勵U．D．C：SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTheResearchonUltrasonicPhasedArrayDynamicFocusingTechnologyGrade：2011Candidate：ChenYanhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeri

2、ngSpeciality：OpticalEngineeringSupervisor：Prof．WangLiMay,2014西南交通大學學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權西南交通大學可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復印手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于1．保密口，在年解密后適用本授權書；2．不保密Z使用本授權書。(請在以上方框內(nèi)打“√”)學位論文作者簽名：佑秀亥指導老師簽名：

3、日期：二糾妒．5、業(yè)曼移玟日期：％一產(chǎn)西南交通大學碩士學位論文主要工作(貢獻)聲明本人在學位論文中所做的主要工作或貢獻如下：(1)本文論述了超聲相控陣檢測相關原理，建立了提高超聲相控陣動態(tài)聚焦成像質(zhì)量的參數(shù)選取依據(jù)。(2)深入分析了相控陣聚焦聲束的特性。討論了延時精度對聚焦效果的影響，對缺陷進行了仿真實驗，通過實驗可知，動態(tài)聚焦對成像質(zhì)量有大幅度改善。(3)提出了一種基于超聲相控陣聚焦延時參數(shù)的壓縮存儲方式，此方法可在保證聚焦聲束質(zhì)量的前提下大大減小延時參數(shù)所占內(nèi)存。(4)基于FPGA設計了超聲相控陣高精度發(fā)射模塊，本文通過PLL(鎖相環(huán))的倍頻和移相技術

4、代替了外部的延遲線，從而使電路結構得到簡化，使粗延時和細延時的實現(xiàn)在一塊電路板上完成，在提高延時精度的前提下，解決了板間不同步的問題。本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是在導師指導下獨立進行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明。本人完全了解違反上述聲明所引起的一切法律責任將由本人承擔。學位論文作者簽名：傲秀瘩日期：工糾妒．5．．2．9-西南交通大學碩士研究生學位論文第1頁摘要超聲相控陣通過控制相控陣探頭的延遲時間來實現(xiàn)聲束偏轉、聚焦，

5、從而實現(xiàn)對工件進行快速高效的檢測。超聲相控陣系統(tǒng)中的關鍵技術是指通過對發(fā)射和接收聲束的時間和空間的有效控制，來獲得高質(zhì)量的聲束和聲場。相控陣數(shù)字技術有相位延遲技術、動態(tài)聚焦技術、動態(tài)變跡技術、動態(tài)孔徑技術和編碼發(fā)射技術等研究方向，其中動態(tài)聚焦技術是比較重要的一項。動態(tài)聚焦技術能夠提高焦點的焦區(qū)深度，減小焦點寬度，從而提高聲束的一致性和空間分辨率，為缺陷的檢測提供了更為可靠的依據(jù)。本文重點研究了超聲相控陣聚焦技術的原理以及影響相控陣聚焦精度和分辨率的因素，提出了改善常規(guī)聚焦聲束分辨率的方法和相控陣動態(tài)聚焦壓縮存儲算法，驗證了動態(tài)聚焦技術在提高空間分辨率和成像

6、一致性上的優(yōu)越性。本文進行了以下方面的研究：l、論述了超聲相控陣檢測相關原理，如換能器的聲場輻射原理、相控陣進行無損檢測時的聲束控制原理?；陉嚵袚Q能器的輻射原理對一維相控陣換能器的聲場建模，并系統(tǒng)的研究了換能器參數(shù)對聚焦聲束的影響，通過對不同的陣元數(shù)、陣元間距等的聚焦聲束的特性進行對比，建立了提高超聲相控陣動態(tài)聚焦成像質(zhì)量的參數(shù)選取依據(jù)。2、討論了延時精度對聚焦效果的影響，通過分析可知，在換能器陣列的參數(shù)已定的前提下，延時精度是影響動態(tài)聚焦聲束的重要因素。對缺陷進行了仿真實驗，通過實驗可知，動態(tài)聚焦對成像質(zhì)量有大幅度改善。3、提出了一種基于超聲相控陣聚焦

7、延時參數(shù)的壓縮存儲方式。這種方法分三步：第一，將聚焦延時參數(shù)換算成相鄰陣元之間的相對延時參數(shù)，然后取量化值；第二，分別存儲相對延時參數(shù)的初始值和延時值發(fā)生變化的位置，以此完成了壓縮存儲；第三，在實現(xiàn)動態(tài)聚焦的過程中，將壓縮存儲的延時量進行實時解壓，并將生成的延時參數(shù)傳給換能器。結果驗證：此方法可再保證聚焦聲束質(zhì)量的前提下大大減小延時參數(shù)所占內(nèi)存。4、基于FPGA設計了超聲相控陣高精度發(fā)射模塊，本文通過PLL(鎖相環(huán))的倍頻和移相技術代替了外部的延遲線，從而使電路結構得到簡化，使粗延時和細延時的實現(xiàn)在一塊電路板上完成，在提高延時精度的前提下，解決了板間不同步

8、的問題。西南交通大學碩士研究生學位論文第1I頁關鍵字超聲相控陣；動