Page 33 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 张楠等： 检测声学成像原理与技术综述 29

时，应当综合考虑对成像精度、执行效率和检测成 的技术和原理进行了综述，旨在构建起一套以应用
本等方面需求程度的优先级，对方法进行有针对性 场景为导向的分类框架，为方法的对比和选取提供
的选取和改进，从而更好地达到检测的目的。 一定的参考。
值得注意的是，上述检测声学成像方法通过选
45 1.0
择恰当的激励参数或策略，均可以实现对常规材料
的高精度缺陷检测。然而，对于具有强声散射特性 40 0.8
的核电用粗晶奥氏体钢结构、具有高声衰减特性的 35
0.6
核电用大口径大厚度高密度聚乙烯 (High density Y/mm 30
polyethylene, HDPE) 管道以及强声散射与高声衰 0.4
减并存的国防军工领域中常用的聚合物粘接炸药 25
(Polymer bonded explosive, PBX) 等材料，现有的 20 0.2
常规检测声学成像方法难以对其进行有效的检测
15 0
与成像。 20 40 60 80 100
X/mm
针对上述问题，作者团队基于高频超声脉冲波
(a) 0.5 MHzͰᮠᡔܦੇϸፇ౧
在传播时所产生的超声零频波，从其产生与传播机
45 1.0
理出发，提出了适用于强声散射和高声衰减材料的
缺陷成像方法。超声零频波是载波频率为 f 的高频 40 0.8
超声脉冲波在非线性弹性介质中传播时，因 “差频 35
非线性效应” 所产生的、时域脉宽和高频超声脉冲 0.6
波一致的、载波频率为 0f 的超声脉冲波，具有弱散 Y/mm 30
0.4
射、低衰减的特性，且兼具了高频超声脉冲波的高 25
缺陷分辨能力及低频超声脉冲的远距离传播能力。 0.2
20
研究表明 [108] ，高频基波及其伴随的超声零频波在
15 0
硅橡胶等高声衰减材料中传播时，即使原有的高频 20 40 60 80 100
基波已完全衰减，超声零频波仍能被低频的压电换 X/mm
(b) ᡔܦᭆᮠฉੇϸፇ౧
能器所接收到，且其接收信号具有较高的信噪比。
图 17 高声衰减材料 (硅橡胶) 块体缺陷归一化成
在此基础上，利用超声零频波的低衰减、弱散
像结果 [109]
射特性，结合全聚焦技术、合成孔径技术等常规检
Fig. 17 Normalized imaging results for high sound
测声学技术手段，即可实现对强声散射或高声衰减
attenuation material (silicone rubber) [109]
材料的内部缺陷成像。图 17 针对高声衰减材料块
在二维厚度截面成像方面，单阵元的扫描成像
体内部的大深度缺陷，给出了两种基于合成孔径成
方法包括最基础的 A扫和B扫检测模式。鉴于单探
像技术的定位成像结果 [109] 。相比于图 17(a) 所示
头B 扫的成像结果中容易出现伪像，合成孔径聚焦
的常规低频超声成像结果，图 17(b) 所示的超声零
成像方法将 B 扫与延时求和方法相结合，能够通过
频波成像结果具有更高的缺陷分辨能力。因此，对
声束聚焦获得更高的成像质量。相比于以上方法，
于核电等特殊领域中广泛存在的强声散射或高声
衍射时差成像采用脉冲透射原理进行检测，常用于
衰减材料的缺陷成像需求，基于超声零频波的检测
焊缝缺陷检测。相控阵成像通过控制声束的偏转和
声学成像方法具有强大的应用潜力。
聚焦进行检测，最常用的是 E扫、S 扫等定点聚焦方

5 结论与展望 式以及可以调节聚焦点深度的动态聚焦。鉴于相控
阵探头含有多个独立的阵元，单探头 SAFT 同样可
本文从各类方法成像结果的维度出发，通过将 以采用相控阵探头进行操作。TFM 在接收时进行
现有的声学成像方法划分为二维厚度截面成像、水 逐点聚焦，可以结合全矩阵数据采集、平面波成像和
平截面成像以及三维成像这三种类型，分别对它们 发散波成像获得较高的成像质量。拓扑成像方法采