TFM实时全聚焦成像技术

摘要：对于熟悉射线检测和超声检测的老探伤工来说，虽然射线检测存在检测成本高、射线照相检测速度慢、射线对人体有伤害等诸多问题，但是射线方法的检测结果是缺陷投影图像，定性定量准确。这一个特点确立了射线检测的优势地位。随着TFM实时全聚焦成像技术的到来，超声相控阵也终于引来还原缺陷轮廓，图像化的成像结果的时代。

 

TFM实时全聚焦成像技术

 

      新一代相控阵探伤仪GEKKO（捷客）由世界著名超声相控阵设备制造商法国M2M公司历经五年的精心设计研发于2014年与广大用户见面。伴随着GEKKO的面世，M2M公司把最新研制的高级实时全聚焦成像技术（TFM）引入在便携式相控阵探伤仪中，并带来革命性的探伤体验。

 

图片关键词

 

TFM实时全聚焦成像技术

 

      实时全聚焦成像技术（TFM）通过特殊的的数据采集方法与成像技术能对缺陷进行非常精确的成像。 使得超声检测在缺陷定量及定性上更加的准确。全聚焦技术采用了全矩阵捕捉法（FMC）对检测区域 进行数据采集。

 

基本原理

 

 

      FMC（全矩阵采集）是利用超声相控阵探头的一个特定的数据采集过程。对于一个N个晶片的阵列探头，每个晶片依次激发，同时所有的晶片接收信号。这些数据被组织在一个包含所有采集信号矩阵S中。Sij表示的是由晶片i发射晶片j接收的A扫信号。全矩阵数据需要进行后处理后来显示检测结果。全聚焦方法（TFM）就是一种用来处理FMC数据集的后处理算法。

 

超声波探头

 

      TFM是一种信号处理算法利用FMC模式所采集的数据。首先确定一个合理的检测区域用于数据重建。然后将检测区域进行空间离散化成为一个网格，对于这个网格区域中的每一点，聚焦法则的计算都基于相控阵探头的晶片位置。所有记录的信号都是时移量，并且与每一个点相对与探头发射和接收晶片的距离求和相对应。当检测区域内的所有点重建完成时整个循环结束。

 

超声波探头

 

革命性改变--“X-射线”型超声检测

 

      对于熟悉射线检测和超声检测的老探伤工来说，虽然射线检测存在检测成本高、射线照相检测速度慢、射线对人体有伤害等诸多问题，但是射线方法的检测结果是缺陷投影图像，定性定量准确。这一个特点确立了射线检测的优势地位。随着TFM实时全聚焦成像技术的到来，超声相控阵也终于引来还原缺陷轮廓，图像化的成像结果的时代。

 

      下面是一些标准试块（材料：钢）上的检测示例。它们验证了该算法的对缺陷高分辨率，尤其是出色的近场与远场分辨率。检测使用的64阵元，频率为5MHz的线性相控阵探头。成像结果更接近“X-射线”型超声检测。回波不用再通过经验进行辨识，缺陷轮廓清晰，使缺陷评估更加容易。成像速度可达 30帧每秒。

 

超声波探头

 

      检测垂直裂缝采用扇形扫描是无损检测人员的标准做法。当缺陷上端衍射波不容易发现的情况下，缺陷的大小很难被评定。下面两个例子说明在横波模式下使用一次波的声程下TFM成像能大幅度提高缺陷的分辨率。此外回波不用再通过经验进行判定，缺陷的轮廓清晰。所得到的成像结果便能真实反映缺陷情况（右侧为传统相控阵技术成像结果）。

 

超声波探头  超声波探头

 

下面的例子显示TFM在下面工件中对缺陷的成像：

 

超声波探头 

 

 超声波探头

 

      这个例子中，GEKKO使用的是二次波的TFM成像。探头激发的横波经过底面反射之后传播到缺陷上，再经过缺陷反射之后被探头接收，所以叫做“二次波”。能达到出色的分辨率：分离的针孔缺陷在屏幕上清晰可见。TFM图像大大增强了缺陷图像的分辨率，相比与传统的回波没有分离、低分辨率的扇扫成像。

 

超声波探头

 

      在这个例子中，GEKKO使用TFM的直接反射模式成像。探头激发的横波直接打在缺陷上，然后经过缺陷反射沿原路径返回被探头接收，所以叫做“直接”模式。成像分辨率同样是惊人的：模拟的侧面钻孔的0.2毫米气孔缺陷可以清楚地看到成堆叠状的缺陷图像，而不是显示单一的模糊缺陷。 同样，TFM  图像大大增强了缺陷图像的分辨率，相比与传统的回波没有分离、低分辨率的扇扫成像。
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