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相控阵超声全聚焦成像算法的有限元仿真研究

声学技术 2020年第2期39卷 176-183页

作者：池强强胡明慧华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

基于超声相控阵基本理论和全聚焦成像算法(Total Focus Method,TFM),以30 mm厚的Q235钢板中的孔缺陷检测为研究对象,使用ABAQUS有限元软件,建立了相控阵TFM有限元检测模型。根据模拟结果,在MATLAB软件中编写了相控阵TFM成像算法。同时,... 详细信息

基于超声相控阵基本理论和全聚焦成像算法(Total Focus Method,TFM),以30 mm厚的Q235钢板中的孔缺陷检测为研究对象,使用ABAQUS有限元软件,建立了相控阵TFM有限元检测模型。根据模拟结果,在MATLAB软件中编写了相控阵TFM成像算法。同时,采用超声多通道实验平台,对构建的TFM有限元检测模型和编写的相控阵TFM算法进行实验验证。实验结果与有限元模拟结果有较好的一致性。

关键词：超声相控阵全聚焦成像算法缺陷识别有限元 ABAQUS有限元软件

超声相控阵全聚焦成像优化算法有限元仿真研究

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农业装备与车辆工程 2022年第10期60卷 158-162页

作者：梅曜华上海工程技术大学城市轨道交通学院上海市201620

先进的后处理成像算法能够极大地推动超声无损检测在工业检测中的应用。以Acrylic模型中二维分布的圆孔缺陷为检测对象,使用PZFlex有限元软件建模,MATLAB编写后处理算法程序,研究全聚焦算法、1/2矩阵算法和时域拓扑能量算法,比较图像重... 详细信息

先进的后处理成像算法能够极大地推动超声无损检测在工业检测中的应用。以Acrylic模型中二维分布的圆孔缺陷为检测对象,使用PZFlex有限元软件建模,MATLAB编写后处理算法程序,研究全聚焦算法、1/2矩阵算法和时域拓扑能量算法,比较图像重建质量、成像效率以及分辨率,并结合网格重构、插值算法和-6dB处理法进一步优化全聚焦算法的图像重建质量和成像效率。结果显示,改进后的全聚焦成像算法比TFM算法的成像效率和分辨率分别提高50%和42.8%,具有很大的应用潜力。

关键词：超声相控阵全聚焦成像算法 1/2矩阵算法时域能量拓扑有限元仿真

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基于全聚焦成像算法的骨折超声检测

上海电力大学学报 2021年第1期37卷 78-82页

作者：张璠宋小军曾俊冬黄琼上海电力大学电子与信息工程学院上海200090 上海大学机电工程与自动化学院上海200444

全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据处理的合成孔径成像技术,因其具有成像精度高等优点成为近年来的研究热点。与传统诊断设备相比,超声相控阵具有易于控制、操作简单、便于携带等特点。基于超声相控阵合成孔径技术,提出了基于全聚焦... 详细信息

全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据处理的合成孔径成像技术,因其具有成像精度高等优点成为近年来的研究热点。与传统诊断设备相比,超声相控阵具有易于控制、操作简单、便于携带等特点。基于超声相控阵合成孔径技术,提出了基于全聚焦算法的骨折超声检测方法。FieldⅡ仿真实验、钢板缺孔实验和骨板裂纹实验都成功地定位了缺陷位置,误差分别为0,2.67%,2.86%;骨板裂纹实验检测出骨板裂纹深度和宽度,误差分别为6.67%和5.33%。实验结果表明,该方法在临床骨折检测方面有很大的发展潜力。

关键词：长骨骨折超声检测全聚焦成像算法

基于ZYNQ加速的激光超声全聚焦成像技术研究

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中国激光 2023年第18期50卷 250-260页

作者：吴婵娟应恺宁戴鹭楠谭钧夫沈中华倪辰荫南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 南京理工大学理学院江苏南京210094 南京理工大学计算机科学与工程学院江苏南京210094

全聚焦方法(TFM)具有成像分辨率高、缺陷表征能力强的优点,但其存在数据需求量大、计算复杂、耗时过长等问题。针对上述问题,并结合激光超声检测技术,进行了基于ZYNQ平台加速的激光超声全聚焦技术研究。首先建立了基于激光超声的全聚焦... 详细信息

全聚焦方法(TFM)具有成像分辨率高、缺陷表征能力强的优点,但其存在数据需求量大、计算复杂、耗时过长等问题。针对上述问题,并结合激光超声检测技术,进行了基于ZYNQ平台加速的激光超声全聚焦技术研究。首先建立了基于激光超声的全聚焦算法,并引入激光超声方向性系数进行优化;进一步,搭建了激光超声扫描检测装置进行实验验证,使用线激光源激发超声信号,利用多普勒测振仪探测回波信号;然后使用形成的激光超声全聚焦成像算法进行内部缺陷的检测和定位,并与合成孔径聚焦算法获得的结果进行比较,从而验证了算法的正确性和可行性;最后将形成的激光超声全聚焦成像算法移植到ZYNQ平台上,对激光超声全聚焦成像算法进行了并行优化及双核设计,实现了算法加速。研究结果表明:激光超声全聚焦技术相比于合成孔径聚焦技术,成像信噪比更高、定位更准确;基于ZYNQ加速的激光超声全聚焦成像算法不会降低成像质量,且耗时相比于计算机缩短了86%。

关键词：测量激光超声全聚焦成像算法 ZYNQ平台无损检测

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激光超声全聚焦成像技术及ZYNQ加速研究

激光超声全聚焦成像技术及ZYNQ加速研究

作者：吴婵娟南京理工大学

学位级别：硕士

在超声检测领域,全聚焦技术因其成像分辨率高,缺陷表征能力强的优点,被广泛应用于微小缺陷的检测和定位。相比于传统超声换能器,激光超声检测技术作为一种纯光学、非接触式的检测方法,可在自由空间中进行远距离激发和探测超声,在超声无... 详细信息

在超声检测领域,全聚焦技术因其成像分辨率高,缺陷表征能力强的优点,被广泛应用于微小缺陷的检测和定位。相比于传统超声换能器,激光超声检测技术作为一种纯光学、非接触式的检测方法,可在自由空间中进行远距离激发和探测超声,在超声无损检测领域具有广阔的应用前景。本文将全聚焦技术和激光超声检测技术相结合,首先实现了激光超声全聚焦算法的优化。然后针对全聚焦技术存在数据需求量大,计算复杂,耗时过长的问题,并结合ZYNQ并行度高、开发难度低、集成度高的优势,进行了基于ZYNQ加速的激光超声全聚焦成像研究。首先建立并优化了激光超声全聚焦成像算法。在成像过程中,以任意一对激发探测点为焦点可形成椭圆轨迹,椭圆轨迹上的所有成像点能够得到相等的超声信号幅值,进而使得噪声强度增大成像信噪比降低。为了尽可能地抑制背景噪声,本文考虑引入激光超声方向性系数对成像信噪比进行改善。激光激发的超声场存在方向性,不同方向上的超声能量不同,在原始算法的基础上引入方向性系数可以解决椭圆轨迹不同角度上成像点幅值相等的问题,能够有效抑制弱方向性区域的噪声。然后,搭建了激光超声扫描检测实验装置进行验证。本文使用线光源激发超声信号、多普勒测振仪探测回波信号。然后对样品实现一个激发点激发,所有探测点接收的一发多收扫查,进而获得了全矩阵数据。随后基于PC分别对待测数据进行了全聚焦计算和合成孔径聚焦计算,对比全聚焦算法优化前后的成像结果表明,引入激光超声方向性系数后,缺陷位置的准确性不会改变且成像信噪比得到显著提高;将全聚焦算法和合成孔径聚焦算法的成像结果比较结果表明,激光超声全聚焦成像算法测得的缺陷位置更准确,并具有更高的成像信噪比和更强的缺陷表征能力,验证了激光超声全聚焦成像算法的正确性和可行性。进一步,由于在成像计算中引入方向性系数会增加大量三角函数、平方、开方等计算,从而使得激光超声全聚焦成像计算更复杂、耗时更长。由于ZYNQ集成了高性能FPGA和双核ARM,同时具备了基于FPGA的高并行度优化和基于AMP机制的双核设计,所以本文在对ZYNQ内的多种优化方式进行了简要介绍和分析后,将该算法移植到ZYNQ平台进行加速。进而讨论了全聚焦成像算法的并行化实现思路,然后详细分析了本文将使用的基于ZYNQ PL部分循环展开和流水线优化原理以及基于PS部分的双核设计原理。最后,将激光超声全聚焦算法移植到ZYNQ开发板上进行加速。首先对算法进行循环展开和流水线优化,然后搭建完整的系统架构进行仿真综合并生成比特流,最后基于PS进行软件开发以实现数据通信及缺陷的全聚焦检测。研究结果表明,基于ZYNQ和与基于PC获得的全聚焦成像效果基本一致,但是相比于后者,前者在成本上减少了70%,耗时为82.6s,在时间上缩短了86%;此外本文还使用快速时域扫查模型对多组样品进行了缺陷检测和定位,结果显示,基于ZYNQ的激光超声全聚焦成像算法能够在低成本高速度的条件下实现全聚焦计算,证实了基于ZYNQ的激光超声全聚焦成像算法的可行性及普遍适用性。

关键词：激光超声全聚焦成像算法 ZYNQ 无损检测

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基于全聚焦相控阵超声的叶根槽裂纹检测

振动．测试与诊断 2020年第6期40卷 1172-1177,1236页

作者：王鹏王志强蔡晖李东江西安热工研究院有限公司西安710054

汽轮机转子受复杂应力和高温的多重作用,常在反T型叶根槽部位产生疲劳裂纹,导致断裂事故。针对此问题,提出全聚焦相控阵超声的检测方法。推导了全聚焦相控阵超声的采集及成像公式,制备了专用试件,在端壁上倒圆(F1区)采用线切割方法预制... 详细信息

汽轮机转子受复杂应力和高温的多重作用,常在反T型叶根槽部位产生疲劳裂纹,导致断裂事故。针对此问题,提出全聚焦相控阵超声的检测方法。推导了全聚焦相控阵超声的采集及成像公式,制备了专用试件,在端壁上倒圆(F1区)采用线切割方法预制人工缺陷,采用全聚焦相控阵超声检测,并与常规超声进行了对比。结果表明,全聚焦相控阵超声检测精度高,适应性强,具有较好的工程应用价值。

关键词：汽轮机转子反T型叶根槽裂纹相控阵超声全聚焦成像算法