本發(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，具體涉及一種用于超聲層析成像系統(tǒng)的超聲激勵(lì)方法。

背景技術(shù)：

超聲層析成像(Ultrasound Computerized Tomography，UCT)技術(shù)是過程層析成像技術(shù)(Process Tomography，PT)研究的熱點(diǎn)之一，利用該技術(shù)測量過程參數(shù)主要集中在醫(yī)療檢測、多相流參數(shù)檢測以及無損檢測。UCT傳感器的激勵(lì)方式是UCT系統(tǒng)優(yōu)化的重要研究內(nèi)容。

UCT系統(tǒng)傳感器的激勵(lì)方式通常是一激多收、循環(huán)激勵(lì)。單個(gè)傳感器激發(fā)出超聲信號(hào)的幅值較小，同時(shí)由于在UCT系統(tǒng)中管壁及內(nèi)部各相成分聲阻抗差別較大，聲波在多相介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生反射、散射和被界面吸收等原因，使聲波在傳播時(shí)衰減幅度大。隨著傳播距離的增加，聲波衰減更為嚴(yán)重，接收傳感器只能接收到微弱的信號(hào)，提取不到明顯的有用信息，導(dǎo)致較差的成像結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，為提高超聲層析成像系統(tǒng)中激勵(lì)信號(hào)的幅值、提高成像質(zhì)量和分辨率，本發(fā)明提供一種用于超聲層析成像系統(tǒng)的超聲激勵(lì)方法。

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種用于超聲層析成像系統(tǒng)的超聲激勵(lì)方法，所述超聲層析成像系統(tǒng)(UCT系統(tǒng))包含一管道，所述超聲激勵(lì)方法包括以下步驟：

步驟S1、設(shè)置超聲傳感器組

所述超聲傳感器組包含第1超聲傳感器、第2超聲傳感器、……、第16超聲傳感器，由16個(gè)獨(dú)立超聲傳感器組成，每個(gè)超聲傳感器可以激發(fā)和接受寬帶扇形聲束，16個(gè)傳感器按逆時(shí)針方向等間距的分布在管道外壁上，所述每個(gè)超聲傳感器的表面始終與管道表面平行；

步驟S2、超聲信號(hào)的激勵(lì)與接收

首先控制第2超聲傳感器和第16超聲傳感器同時(shí)發(fā)射具有相同頻率和波束角的寬帶扇形超聲信號(hào)A₁和B₁，使兩個(gè)扇形聲束的主瓣在管道的水中耦合，合成為一束超聲信號(hào)C₁，定義為該兩個(gè)傳感器的超聲合成信號(hào)，依次控制第3超聲傳感器和第15超聲傳感器、第4聲傳感器和第14超聲傳感器發(fā)射超聲波A₂和B₂、A₃和B₃，即可獲得兩個(gè)傳感器各自的超聲合成信號(hào)C₂、C₃；這樣依次循環(huán)激勵(lì)任意相鄰或相間隔兩個(gè)傳感器發(fā)射超聲波，每兩個(gè)傳感器發(fā)出的超聲波合成為一個(gè)超聲信號(hào)，隨后傳感器組中剩余的超聲傳感器接收超聲合成信號(hào)，同時(shí)對超聲合成信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析。

作為優(yōu)選，每個(gè)超聲傳感器通過耦合劑固定于管道外壁上。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

1、通過傳感器組中的雙傳感器激勵(lì)方式，實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合，增加合成超聲信號(hào)的幅值，使接收傳感器可以接收到較強(qiáng)檢測信號(hào)，能夠更完整的提取和識(shí)別管道中氣泡的聲學(xué)信息。

2、增加系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)量，提高成像質(zhì)量和分辨率。

附圖說明

圖1本發(fā)明的基本裝置圖；

圖2本發(fā)明的基本原理示意圖；

圖3循環(huán)激勵(lì)任意雙傳感器組的超聲信號(hào)合成示意圖；

圖4雙傳感器組超聲信號(hào)合成前后的聲壓幅值示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于超聲層析成像系統(tǒng)的超聲激勵(lì)方法，所述超聲層析成像系統(tǒng)(UCT系統(tǒng))包含一管道，所述管道為具有一定壁厚的鋼管(圓管)，管道中注滿液體，液體含有氣泡，所述超聲激勵(lì)方法包括以下步驟：

步驟S1、設(shè)置超聲傳感器組

所述超聲傳感器組由16個(gè)獨(dú)立超聲傳感器組成，16個(gè)超聲傳感器具有相同的性質(zhì)(如共振頻率、波束角)，所述超聲傳感器可以激發(fā)/接受寬帶扇形聲束，16個(gè)傳感器從第一超聲傳感器開始按逆時(shí)針方向等間距的分布在管道外壁上，超聲傳感器的表面始終與管道表面平行，每個(gè)超聲傳感器通過耦合劑固定于管道外壁上。如圖1所示，編號(hào)1-16代表16個(gè)超聲傳感器，即第1超聲傳感器1、第2超聲傳感器2、……、第16超聲傳感器16，外圈大圓17為管道，大圓17中的偏心小圓18為氣泡，大圓17中的19代表管道中的液體。

步驟S2、超聲信號(hào)的激勵(lì)與接收

超聲傳感器的波束角一般是指主波束指向性函數(shù)在主極大值兩側(cè)下降到主極大值的0.707的夾角，為使超聲傳感器發(fā)出的超聲波被大部分的接收傳感器接收，因此激勵(lì)和接收傳感器均選用波束角較大的超聲傳感器。如圖2、3所示，首先利用控制器控制第2超聲傳感器2和第16超聲傳感器16同時(shí)發(fā)射具有相同頻率和波束角的寬帶扇形超聲信號(hào)A₁和B₁，兩個(gè)傳感器的波束角均為θ，使兩個(gè)扇形聲束的主瓣在管道的水中耦合，合成為一束超聲信號(hào)C₁，定義為該兩個(gè)傳感器的超聲合成信號(hào)，該超聲合成信號(hào)的波束角也為θ。依次控制第3超聲傳感器3和第15超聲傳感器15、第4聲傳感器4和第14超聲傳感器14發(fā)射超聲波A₂和B₂、A₃和B₃，即可獲得兩個(gè)傳感器各自的超聲合成信號(hào)C₂、C₃。這樣依次循環(huán)激勵(lì)任意相鄰或相間隔兩個(gè)傳感器發(fā)射超聲波，每兩個(gè)傳感器發(fā)出的超聲波合成為一個(gè)超聲信號(hào)，隨后傳感器組中剩余的超聲傳感器接收超聲合成信號(hào)，同時(shí)對超聲合成信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，合成后超聲信號(hào)的幅值明顯增大。

如圖4所示，本發(fā)明通過傳感器組中的雙傳感器激勵(lì)方式發(fā)射寬帶扇形超聲信號(hào)，第2超聲傳感器2和第16超聲傳感器16同時(shí)發(fā)射具有相同頻率和波束角的寬帶扇形超聲信號(hào)，在水中形成A₁和B₁兩個(gè)扇形聲束，其聲壓幅值分別為p₁和p₂，兩個(gè)扇形聲束A₁和B₁傳播一定的時(shí)間后，其主瓣在管道的水中耦合，合成為一束超聲信號(hào)C₁，合成后的聲壓信號(hào)幅值為p。隨后依次控制第3超聲傳感器3和第15超聲傳感器15、第4聲傳感器4和第14超聲傳感器14發(fā)射超聲波A₂和B₂、A₃和B₃等，即可獲得兩個(gè)傳感器各自的超聲合成信號(hào)C₂、C₃等。這樣依次循環(huán)激勵(lì)任意相鄰或相間隔兩個(gè)傳感器發(fā)射超聲波A_i和B_i，其聲壓幅值分別為p’₁和p’₂，每兩個(gè)傳感器發(fā)出的超聲波A_i和B_i傳播一定的時(shí)間后，其主瓣在管道的水中耦合，合成為一個(gè)超聲信號(hào)C_i，合成后的聲壓信號(hào)幅值為p’，隨后傳感器組中剩余的超聲傳感器接收超聲合成信號(hào)。利用時(shí)域分析的手段得知，合成后的聲壓信號(hào)幅值明顯提高。通過控制傳感器組中發(fā)射超聲波的兩個(gè)傳感器的位置(間隔)，即可獲得不同的超聲合成信號(hào)，其具有不同的指向性，檢測盲區(qū)與信號(hào)強(qiáng)度。通過傳感器組中剩余的超聲傳感器可以接收到不同信號(hào)幅值，便于信號(hào)的提取和識(shí)別，同時(shí)得到了具有高分辨率和高穿透性的超聲檢測信號(hào)。能夠更完整地提取到管道中氣泡的聲學(xué)信息，適合于超聲層析成像系統(tǒng)對具有強(qiáng)非均勻性的多相流的檢測。