基于虛擬儀器架構(gòu)的高性能超聲成像系統(tǒng)的研發(fā).pdf

1、超聲無損檢測技術以其對人體安全無害、攜帶表征被檢對象內(nèi)部結(jié)構(gòu)的聲學信息豐富及易與信息科學技術相融合等優(yōu)勢，成為了各類部件和材料質(zhì)量監(jiān)控的有效手段，在眾多領域中得到了廣泛地應用，對現(xiàn)代工業(yè)、國防軍工和國民經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生了舉足輕重的影響。而超聲成像作為定量超聲無損檢測最為重要的技術手段，借助圖像化技術友好直觀地表征被檢對象的內(nèi)部缺陷，降低檢測人員的操作難度，并減少人為因素對檢測結(jié)果的影響;同時，也對超聲無損檢測向無損評價的發(fā)展起到巨大的推動

2、作用。因此，超聲成像技術成為了當今無損檢測領域最為熱門的研究課題之一，受到了學術界和工程界的普遍重視，現(xiàn)已發(fā)展了眾多的超聲成像方法。然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展進步，對超聲成像技術在穩(wěn)定性、分辨率、實時性及應用適應能力方面都提出了更高的要求。而由于超聲成像牽涉超聲發(fā)射、調(diào)理、接收和分析處理等步驟，也存在機械或電子掃查以及耦合等過程，面向的對象和需要的功能多種多樣，因而采用傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)已很難滿足超聲成像系統(tǒng)的高性能發(fā)展需求?；谝陨媳尘?/p>

3、，在國家自然科學基金項目“圓柱類部件高性能自動化相控陣超聲成像檢測理論與技術的研究”(No.51675480)資助下，本學位論文提出開展基于虛擬儀器架構(gòu)的高性能超聲成像系統(tǒng)的研發(fā)。根據(jù)虛擬儀器的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)勢，在明確超聲成像檢測機理的基礎上，開展多軸機械掃查的運動跟蹤與控制以及自動化超聲成像檢測理論與技術的研究，重點解決實時高分辨率成像及成像結(jié)果友好表征等關鍵問題。同時，采用虛擬儀器架構(gòu)，將超聲無損檢測與機電一體化技術相結(jié)合，研發(fā)出一套

4、高性能超聲成像檢測系統(tǒng)，并開展相關實驗研究，以驗證本文技術和系統(tǒng)的有效性。主要的研究工作體現(xiàn)在:
　　第一章論述了超聲無損檢測技術對現(xiàn)代工業(yè)的重要作用以及開展超聲成像技術研究的重要意義，系統(tǒng)總結(jié)了超聲無損檢測技術的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，指出超聲成像技術所存在的主要問題，明確本文的研究內(nèi)容，為后續(xù)的研究指明了方向。
　　第二章分析了超聲波的傳播機理和超聲換能器的輻射聲場分布特性，介紹了超聲C掃查成像原理，為超聲成像技術的研究奠

5、定了必要的理論基礎。同時，在明確超聲成像系統(tǒng)功能目標的基礎上，采用PXI總線完成了基于虛擬儀器架構(gòu)的高性能超聲成像系統(tǒng)總體方案的設計，并對各功能模塊進行介紹。
　　第三章在完成多軸超聲掃查裝置機械本體設計的基礎上，采用基于PXI總線的多軸運動控制卡實現(xiàn)了空間運動的跟蹤與控制，為超聲成像技術的研究奠定了必要的技術基礎。同時，在明確超聲C掃查工藝的基礎上，建立了多種掃描路徑的理論模型及分析了各種路徑的掃描效率，并探討了掃描步距對成像精

6、度的影響，為超聲C掃查路徑的規(guī)劃及相關參數(shù)的選擇提供指導原則。
　　第四章開展超聲C掃查成像及其結(jié)果處理技術的研究。在完成超聲脈沖回波信號消噪的基礎上，采用最鄰近與雙線性相結(jié)合的插值法和RGB顏色映射策略實現(xiàn)了超聲C掃查圖像的二維表征，并利用基于相位遷移的合成孔徑成像技術有效改善了超聲成像橫向分辨率。同時，針對傳統(tǒng)算法提取缺陷圖像邊緣的局限性，采用Snake模型發(fā)展了一種超聲C掃查缺陷成像的邊緣提取技術，精確定征缺陷的信息。