部分3

超聲相控陣數(shù)字化原理2023/7/251數(shù)字化記錄的優(yōu)勢(shì)永久記錄所有采集的數(shù)據(jù)不同的信號(hào)處理功能輕松的對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行對(duì)比任何時(shí)間可以重新分析原始數(shù)據(jù)多種成像方式集成的數(shù)據(jù)采集和探頭操作控制多通道數(shù)據(jù)對(duì)比2023/7/252模擬波型數(shù)字化2023/7/253數(shù)字化波幅目前大多TOFD儀器配備8位數(shù)字轉(zhuǎn)換器（28）。數(shù)字化范圍從0到255。全波數(shù)據(jù)＝0到255,用于相控陣和脈沖回波。RF數(shù)據(jù)=-128到+127，用于TOFD成像。2023/7/254相控陣數(shù)字轉(zhuǎn)換器相探陣儀器配備8位28,10位210,14位214

數(shù)字轉(zhuǎn)換器。目前使用的設(shè)備的數(shù)字化頻率為100MHz,120MHz或200MHz。2023/7/255波幅采樣點(diǎn)2023/7/256振幅點(diǎn)2023/7/257檢波對(duì)數(shù)放大通常采用對(duì)數(shù)放大形式，因此信號(hào)高度可用下面公式表示：20log10H1/H2檢波＝20log10255/1=48dB2023/7/258非檢波RF對(duì)數(shù)放大射頻信號(hào)幅值為采樣點(diǎn)數(shù)量的一半對(duì)于0-255范圍表示+127到-128的數(shù)字化點(diǎn)RF=20log10128/1=42dB2023/7/259

采樣率1us=1.10-6s25MHz=25×106Hz因此1us=25個(gè)采樣因此1個(gè)采樣周期＝1/25=0.04us2023/7/251025MHz數(shù)字化頻率2023/7/2511一個(gè)波長的時(shí)間完成1λ的時(shí)間稱為一個(gè)周期如果探頭頻率＝5MHz(5×106Hz)那么1us=5個(gè)周期那么1個(gè)周期＝1/5=0.2us2023/7/2512一個(gè)時(shí)間周期2023/7/2513一個(gè)周期內(nèi)的采樣使用以前的數(shù)據(jù)1個(gè)周期＝0.2us

數(shù)字化頻率＝0.04us/采樣一個(gè)周期內(nèi)的采樣等于0.2us/0.04us=5因此在每個(gè)周期內(nèi)有5個(gè)采樣2023/7/2514

絕對(duì)最小采樣為了將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，每個(gè)周期至少采集2個(gè)數(shù)據(jù)（Nyquistlimit）2023/7/2515每個(gè)周期只有2個(gè)采樣的潛在誤差2023/7/2516

理想的最小采樣2023/7/2517激發(fā)電壓脈沖寬度2023/7/2518改變激發(fā)脈沖寬度的效果2023/7/2519

脈沖電壓時(shí)間把驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)間調(diào)整到陣列探頭主頻周期的一半。1us/主頻率Hz1us/5MHz=0.2us=200ns200ns的一半=100ns大多PA系統(tǒng)的軟件具有自動(dòng)計(jì)算脈沖寬度的功能。2023/7/2520信號(hào)平均2023/7/2521信號(hào)平均濾波功能平均可以降低隨機(jī)噪聲的影響不能降低晶粒噪聲干擾不能降低固定回波不影響真正的缺陷不能去除柵瓣2023/7/2522

晶片激發(fā)1個(gè)聚焦法則＝1個(gè)通道1個(gè)通道細(xì)分為許多激活的晶片每個(gè)激活的晶片都有單獨(dú)的延遲把PRF的1個(gè)脈沖按照激活通道數(shù)進(jìn)行分配，并施加相關(guān)延遲。2023/7/2523

A掃描的數(shù)量使用變角度掃查，每個(gè)角度產(chǎn)生一個(gè)單獨(dú)的‘A’掃描。因此如果實(shí)現(xiàn)30到70度的掃查，1度的分辨率，那么會(huì)產(chǎn)生41個(gè)A掃描。2023/7/2524

PRF&掃查速度如果掃查分辨率是每毫米1個(gè)采集。根據(jù)前面的例子，每個(gè)扇形包含41個(gè)A掃描，那么脈沖觸發(fā)速度必須是掃查速度（mm/s）的41倍。例如：設(shè)計(jì)的掃查速度是150mm/sec。那么最小的PRF為150×41=6150個(gè)脈沖/秒。2023/7/2525平均濾波平均濾波采用16，意味著每一度或每個(gè)A掃描采集16次，以產(chǎn)生1個(gè)A掃描成像。為了覆蓋41個(gè)角度，將觸發(fā)16×41=656個(gè)脈沖。為了以150mm/sec的速度進(jìn)行掃描，PRF將至少需要656×150=98400個(gè)脈沖/秒這是不可能的2023/7/2526實(shí)際解決方案降低平均系數(shù)降低分辨率，從1度變成2度增量減少波束偏轉(zhuǎn)的角度降低掃查速度2023/7/2527我們需要平均濾波嗎？相控陣技術(shù)采用多個(gè)晶片激發(fā)，從每個(gè)晶片上接收信號(hào)，匯總成A掃描。在重新聚焦時(shí)就對(duì)信號(hào)進(jìn)行了平均，從而降低了采用獨(dú)立平均功能的必要性。2023/7/2528脈沖重復(fù)頻率PRF從脈沖發(fā)生器向探頭發(fā)射電壓脈沖的頻率不要和探頭頻率相混淆可選的PRF值范圍一般從60Hz到15000Hz2023/7/2529PRF過低的影響可能導(dǎo)致斷續(xù)的數(shù)據(jù)成像數(shù)據(jù)丟失嚴(yán)重的問題是存在漏檢缺陷的危險(xiǎn)2023/7/2530丟失數(shù)據(jù)2023/7/2531

PRF過高的影響檢測(cè)低聲速材料或厚壁工件時(shí)，沒有接收到返回脈沖前就發(fā)射了后續(xù)的脈沖。波前碰撞可能導(dǎo)致固定回波的產(chǎn)生（幻影回波）。2023/7/2532幻影回波的例子2023/7/2533探頭中心頻率

（主頻率）2023/7/2534帶寬2023/7/2535探頭頻譜2023/7/2536寬帶探頭相關(guān)的波長2023/7/2537帶通濾波通常將低通設(shè)置成2倍的中心頻率，高通設(shè)置成0.5倍的中心頻率。2023/7/2538注意！

如果高通濾波設(shè)置不正確，會(huì)濾掉一些相關(guān)的信號(hào)。接收到的缺陷信號(hào)總是比最初發(fā)射信號(hào)的頻率低。因此需要仔細(xì)調(diào)節(jié)帶通濾波。2023/7/2539帶通濾波設(shè)置不正確的例子2023/7/2540視頻平滑濾波視頻平滑是一個(gè)電子功能，在檢波信號(hào)形成一個(gè)包絡(luò)線，以降低波幅誤差。平滑濾波改進(jìn)了顯示的視覺效果。2023/7/2541視覺平滑的例子2023/7/2542灰度圖調(diào)色板2023/7/2543灰度圖對(duì)應(yīng)A掃描2023/7/2544使用RF波形的典型TOFD圖像2023/7/2545使用RF波形的典型相控陣圖像2023/7/2546相控陣和脈沖回波的調(diào)色板缺陷圖像的定量基于波幅的改變，與常規(guī)手動(dòng)超聲檢測(cè)的原理相似。一個(gè)A掃描代表扇形掃查中的一個(gè)角度。2023/7/2547扇形掃查成像每個(gè)角度的A掃描組合在一起形成扇形掃查。2023/7/2548扇形掃查成像2023/7/2549數(shù)據(jù)采集率設(shè)置編碼器記錄行走距離。每毫米采集大量