相控阵全局聚焦系统及其聚焦方法

摘要

本发明公开一种在单个换能器单元轮流发射，所有换能器单元接收并将发射和接收合成聚焦在空间多个采样点的回波线扫描信号且可大大改善空间成像质量的相控阵全局聚焦系统及其聚焦方法。其包括换能器单元、信号处理单元、动态延迟全局聚焦补偿模块和信号叠加模块，其可以将相控阵发射和接收合成聚焦在空间初始聚焦点之后合成线上的任何一个空间点上，在超声波相控阵无损检测应用中，采用其可以获得成像失真小、图像质量高的预设采样点反射的回波线扫描信号，并且在折射的条件下也可以满足所有深度聚焦补偿要求。其还可以改善传统相控阵技术，减小因缺陷深度不在聚焦深度而产生失真，可以达到被检物成像全图聚焦的效果。

主权项

一种相控阵全局聚焦系统，包括若干个由依次相接的换能器单元、信号处理单元和延时补偿模块构成的信号通道以及与所有信号通道联机的上位机和接于所有信号通道输出端的信号叠加模块，其特征在于：所述的延时补偿模块为动态延迟全局聚焦补偿模块，该模块包括存储器、寄存器、双口RAM存储器、数据比较器和计数器，其中， 在每个信号通道的动态延迟全局聚焦补偿模块中的存储器1中保存有经上位机计算在本信号通道换能器单元发射时获得的所有信号通道的发射聚焦补偿表；在存储器2中保存有经上位机计算本信号通道的接收聚焦补偿表；在寄存器A和寄存器B中分别保存有本信号通道的发射启动补偿聚焦延迟值和发射初始聚焦延迟值，在寄存器C和寄存器D中分别保存有本信号通道的接收启动补偿聚焦延迟值和接收初始聚焦延迟值； 在所述发射聚焦补偿表中，记载有各信号通道换能器单元轮流发射声波合成聚焦至初始聚焦点之后的合成线上的各采样点x^*_nd需要插入发射延时补偿的采样点的自然序数值An；所述合成线为过基准单元与初始聚焦点的声波传播路径； 在所述接收聚焦补偿表中，记载有本信号通道换能器单元将来自于初始聚焦点之后的合成线上的各采样点x^*_nd的回波合成聚焦在所述采样点需要插入接收延时补偿的采样点的自然序数值An；所述合成线为过基准单元与初始聚焦点的声波传播路径； 所述发射初始聚焦延迟值为本信号通道换能器单元和基准单元分别至初始 聚焦点的声波传播时间差；所述接收初始聚焦延迟值为本信号通道换能单元和基准单元分别接收来自于初始聚焦点的回波的传播时间差加上本通道的发射初始聚焦延迟值； 所述发射启动补偿聚焦延迟值为本信号通道对接收到的回波数字信号按照所述发射聚焦补偿表中的自然序数值启动插入发射延时补偿的起始时间，所述发射启动补偿聚焦延迟值为T_BC=2×t_1x/T，其中，t1x为基准单元至初始聚焦点的声波传播时间，T为所述各采样点的采样周期； 所述接收启动补偿聚焦延迟值为本信号通道对接收到的回波数字信号按照所述接收聚焦补偿表中的自然序数值启动插入接收延时补偿的起始时间，所述接收启动补偿聚焦延迟值为T_BC’=2×t_1x/T+T_nI，其中，t1x为基准单元至初始聚焦点的声波传播时间，T为所述各采样点x^*_nd的采样周期； 所述信号处理单元为AD转换电路，其将本信号通道换能器单元接收到的回波信号转换为离散数字信号，经发射初始聚焦延迟值和接收初始聚焦延迟值的补偿，再在发射启动补偿聚焦延迟值和接收启动补偿聚焦延迟值后，按照所述发射聚焦补偿表和接收聚焦补偿表记载的自然序数值对该离散数字信号插入单位采样周期延时补偿，将其变为待叠加数字信号输入至信号叠加模块； 所述发射和接收延时补偿均为一个采样周期T。 所述信号叠加模块将所有信号通道的所述待叠加数字信号叠加合成聚焦成部分线扫描信号并保存，所有单元发射完毕后，将所有部分线扫描信号叠加成线扫描信号。