[发明专利]基于多角度立体匹配的高实时定量超声检测方法

权利要求书

1.基于多角度立体匹配的高实时定量超声检测方法，其特征在该方法包括以下步骤：

步骤(1).将待检试件划分为大小可调整的栅格单元，作为缺陷重建与材料表征的基本单元； 

步骤(2).在空间内不同方位上排布两个或两个以上超声换能器，调整超声换能器姿态，使各个超声换能器的声束仅在栅格单元空间内汇聚，并且每一束声波从超声换能器表面汇聚到栅格单元所经历的声程一致；

步骤(3).同时激励各个超声换能器，根据步骤(2)要求，它们发出的声波将在对应栅格单元处形成能量最大的声场；

步骤(4).利用总线型插卡式的多通道超声检测仪器，同时进行实时采样和处理各个通道上的超声反射回波信号；

步骤(5).采用基于小波变换的多分辨率立体匹配关联，获得对栅格单元的声学特性表征，再配合上机械扫查，进而以一系列这样的栅格单元来表征材料甚至重建内部缺陷；

步骤(6).应用数据可视化技术，实现缺陷的实时表征显示。

2.根据权利要求1所述的基于多角度立体匹配的高实时定量超声检测方法，其特征在于：步骤(1)中所述的将待检试件划分为大小可调整的栅格单元，其具体实现方法如下：

首先，按照默认的粗分辨率对待检试件进行网格划分，考察检测系统的实时性；若满足结果显示实时性的前提下，通过进一步细分栅格，在整体上提高超声精细定量化表征能力；在结果显示实时性欠佳的时候，通过降低不感兴趣区域的栅格划分分辨率，使得改善实时性体验的同时，在感兴趣区域内仍保持较高的定量化表征能力。

3.根据权利要求1所述的基于多角度立体匹配的高实时定量超声检测方法，其特征在于：步骤(2)中所述的在空间内不同方位上排布两个或两个以上超声换能器，其具体实现方法如下：

两个超声换能器，则在一个平面内分别置于X轴、Y轴方向；三个超声换能器，则分别置于X轴、Y轴、Z轴方向；若超声换能器数量超过三个，则在待检试件上方，将超声换能器排布成圆形；按照上述方式安置超声换能器，满足步骤(2)所述的每一束声波从超声换能器表面汇聚到栅格单元所经历的声程一致。

4.根据权利要求1所述的基于多角度立体匹配的高实时定量超声检测方法，其特征在于：步骤(2)中所述的各个超声换能器的声束仅在栅格单元空间内汇聚，其具体实现方法如下：

超声波具有指向性，其传播的能量大部分在扩散角 的范围内；根据超声换能器的扩散角和超声换能器表面离目标栅格单元的距离，计算栅格处横截面的声束宽度；把声束宽度和步骤(1)中划分出栅格单元的尺寸进行比较，通过调整超声换能器表面离目标栅格单元的距离，使得声束宽度小于栅格单元的尺寸，从而实现多束声波仅在栅格单元空间内汇聚；

其中，，表示波长，表示超声换能器的有效晶片直径。

5.根据权利要求1所述的基于多角度立体匹配的高实时定量超声检测方法，其特征在于：步骤(4)中所述总线型插卡式的多通道检测仪器，其具体组成部分包括：

基于PXI总线的6U机箱，x86主板，以及多块单通道超声检测板卡；这种多卡结构实现多通道超声反射回波信号的并行传输、存储和处理；其中的单通道超声检测板卡包括：超声发射激励电路，超声反射回波信号增益柔性调节电路，以及超声反射回波信号采样和数字信号处理单元；由超声发射激励电路发生高压窄脉冲激励信号，加载到超声换能器使之受迫振动而产生超声波；超声反射回波由超声接收换能器转换为电信号后输入到超声反射回波信号增益柔性调节电路，实现改善信号SNR和提高缺陷回波信号幅值；经过模拟增益调节后的回波信号将被AD采样，并输入到一块现场可编程门阵列FPGA；所有的数字信号处理过程将在FPGA中以并行流水线形式实现，大大提高了信号处理的实时性。

6.根据权利要求1所述的基于多角度立体匹配的高实时定量超声检测方法，其特征在于：步骤(5)中所述的基于小波变换的多分辨率立体匹配关联，其具体实现方法如下：

应用小波变换技术对各通道超声反射回波信号进行多分辨率分解；利用小波分解后各个子带上的信号过零点来表征信号的特性；联合多个通道的小波分解后的信号过零点作为立体匹配关联的特征参数，实现对同一栅格单元不同方向的超声反射回波信号的相关性判别和融合，进而利用具有相关性的不同方向缺陷栅格表征结果重建出缺陷的大小、形状和取向等定量信息。