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第 37 卷 第 5 期 王冲等： 阵元固体指向性补偿对超声全聚焦成像的优化研究 737

0 固体指向性补偿的 TFM 优化算法，并通过实验验

证了本文 TFM 优化算法对大偏角缺陷的成像补偿
-4
能力。实验结果表明，相比于基本TFM和常规指向
TEMੇϸࣨϙ/dB -12 ۳వ5'. 性补偿算法，本文固体指向性优化方法可有效提高
-8
࣢᜻ૉՔভᛪϪᄊ5'.
TFM 对大偏角缺陷的补偿效果，成像幅度可提高
ڍʹૉՔভᛪϪᄊ5'.
13.3 dB，使 TFM 成像更加均匀，扩展了 TFM 有效
-16 检测范围。

-20
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ഷᤰߘᎄՂ 参 考 文 献

图 6 不同 TFM 算法的横通孔成像幅度
[1] Karaman M, Li P C, O’Donnel M. Synthetic aperture
Fig. 6 The maximum amplitude of each hole in
imaging for small scale systems[J]. IEEE Transactions on
different TFM imaging
Ultrasonic, Ferroelectrics, and Frequency Control, 1995,
42(3): 429–442.
各算法成像中横通孔成像幅度的平均值和标 [2] 彭虎. 超声成像算法导论 [M]. 合肥: 中国科学技术大学出版
准差见表 2。从表 2 可以看出，常规指向性函数与基 社, 2008.
[3] Holmes C, Drinkwater B W, Wilcox P D. Post-processing
本TFM 结果相差较小，固体指向性补偿的 TFM 算 of the full matrix of ultrasonic transmit–receive array data
法成像中，各孔的平均幅度最高，标准差最低，体现 for non-destructive evaluation[J]. NDT & E International,
出算法使整个检测区域的缺陷成像结果更加均匀。 2005, 38(8): 701–711.
[4] 施克仁, 郭寓民. 相控阵超声成像检测 [M]. 北京: 高等教育出
版社, 2010.
表 2 不同算法下各横通孔成像幅度平均值和标准差 [5] 周正干, 彭地, 李洋, 等. 相控阵超声检测技术中的全聚焦成
Table 2 The mean and standard deviation 像算法及其校准研究 [J]. 机械工程学报, 2015, 51(10): 1–7.
value of amplitude of holes in different TFM Zhou Zhenggan, Peng Di, Li Yang, et al. Research on
imaging phased array ultrasonic total focusing method and its
calibration[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015,
51(10): 1–7.
算法 基本 TFM 常规指向性补偿 固体指向性补偿
[6] 周祥. 车轮缺陷相控阵超声全聚焦成像技术研究 [D]. 成都:
平均值/dB −5.7 −5.3 −3.4 西南交通大学, 2015.
[7] Oralkan O, Ergun A S, Johnson J A, et al. Capacitive mi-
标准差/dB 6.7 6.4 3.3 cromachined ultrasonic transducers: next-generation ar-
rays for acoustic imaging?[J]. IEEE Transactions on Ul-
6 结论 trasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2002,
49(11): 1596–1610.
[8] Drinkwater B W, Wilcox P D. Ultrasonic arrays for non-
在全聚焦成像中，声波传输受到阵元指向性的
destructive evaluation: a review[J]. NDT & E Interna-
影响，不同角度的缺陷成像幅度不同，大偏角区域 tional, 2006, 39(7): 525–541.
缺陷容易漏检，影响TFM有效检测范围。在固体材 [9] Chiao R Y, Thomas L J. Analytic evaluation of sam-
pled aperture ultrasonic imaging techniques for NDE[J].
料检测中，针对常规指向性对大偏角区域的成像补
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Fre-
偿不足问题，本文引入了固体指向性因子，建立了 quency Control, 1994, 41(4): 484–493.