CN103837608B - 一种相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声波相控阵无损检测技术领域，尤其涉及一种相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统，换能器组接收各换能器单元的回波数据，A/D转换电路把回波数据转换为回波数据数字化电信号，动态聚焦补偿电路对回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟，再对在启动补偿延迟对应长度数据数字化电信号后的回波数据数字化电信号，在预设位置插入单位时间延迟以获得动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号，信号叠加电路对动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号进行数据叠加。对回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟和预设位置的单位时间延迟可动态补偿不同深度聚焦的回波数据数字化电信号的延时，补偿后在各个深度的成像失真减小，图像质量提高。

Description

一种相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统

技术领域

本发明涉及超声波相控阵无损检测技术领域，尤其涉及一种相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统。

背景技术

众所周知，全自动焊接工艺在许多的大型工程建筑项目中得到了广泛的应用，超声波无损检测也逐渐代替射线检测成为了大型焊接施工的主要检测手段。超声波相控阵无损检测是超声波无损检测中常用的检测方式之一。超声波相控阵无损检测涉及相控阵超声成像检测系统，相控阵超声成像检测系统包含了一组换能器单元，换能器单元与相应的通道连接，能实现声波发射(电能转化为声能)和声波接收(声能转化为电能)的功能。工作时，换能器单元发射超声脉冲到被测物体，在各换能器单元具有不同的发射延时的前提下，超声合成声束可以具有不同的角度和聚焦在不同深度，遇到被测物体内不同的结构或者组织，超声能量部分反射，换能器单元接收回波数据转换为回波数据电信号。因为焦点回波数据到达各换能器单元的时间不同，接收的回波数据电信号需在相应通道内再进行一次数据延时。延时处理后，各换能器单元接收的回波数据电信号在波束合成器内可叠加出线扫描信号。相控阵超声成像检测系统的相控效果(声束的偏转和聚焦效果)是由各阵元通道的发射和接收时延实现的。发射和接收时延影响系统的焦点的控制，进而影响到系统的空间分辨力。相控阵超声发射和接收声束形成算法的基本原理是互为逆过程。在进行相控发射时，根据焦点空间位置的不同，需要给不同阵元单元设置不同的延时法则，各阵元单元的探头按预先设置的延时法则进行顺序激励，各个阵元单元发射的波束在聚焦区域内相干叠加，得到合成聚焦波束；在接收回波信号时，如果聚焦区域存在缺陷或者裂痕，超声波束会发生反射，各阵元单元将接收到的回波信号按照与发射相同的延时法则进行信号延时叠加，最终得到过焦点的回波线扫信号。不过，因为超声波相控阵无损检测在一次收发过程中只有一个发射聚焦点和一个接收聚焦点，一般采用固定延时补偿后进行叠加的处理方式，如果缺陷位置不在聚焦深度上，各个换能器单元接收的回波数据不能在缺陷深度同相位叠加，叠加出现相位差，成像会失真，且相控阵超声成像在离聚焦点深度越远，成像失真越严重，缺陷成像越不清晰。

发明内容

本发明的目的在于提出一种相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统，能够动态地补偿在不同深度聚焦的回波数据的延时，补偿后在各个深度的成像失真减小，图像质量提高，并且在折射的条件下也可以满足所有深度聚焦补偿要求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种相控阵接收动态聚焦补偿方法，包括：

接收超声波相控阵无损检测系统中各阵元单元对应的回波数据，其中，所述阵元单元包括其他单元和基准单元，

根据其他单元和基准单元分别对应的回波数据的传播时间之差，对各回波数据插入初始聚焦延迟，

获得启动补偿延迟，从启动补偿延迟对应长度数据后的回波数据开始，在预设位置对插入初始聚焦延迟的回波数据插入单位时间延迟，获得动态聚焦补偿后的回波数据，其中，所述单位时间延迟为采样周期T，

对动态聚焦补偿后的回波数据进行数据叠加。

其中，所述根据其他单元和基准单元分别对应的回波数据的传播时间之差，对各回波数据插入初始聚焦延迟，包括：

根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总阵元单元数；

定义阵元单元n＝1的阵元单元1为基准单元，阵元单元n＝n’的阵元单元n’为其他单元，n’∈[2，N]；t_1x为基准单元1到采样点x的声波传播时间，t_n’x为其他单元n’到采样点x的声波传播时间；根据t_n’x和t_1x的差值对每个阵元单元的采样点对应的回波数据插入初始聚焦延迟。

其中，所述初始聚焦延迟T_nI＝t_max-(t_nx-t_1x)，其中，t_max为t_nx中的最大值。

其中，所述启动补偿延迟T_BC＝2×t_1x/T，其中，定义阵元单元n＝1的阵元单元1为基准单元，T为采样周期，t_1x为基准单元1到采样点x的声波传播时间。

其中，所述预设位置的确定，包括：

S501、根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总阵元单元数；

S502、定义T为采样周期，采样点x为初始聚焦点，阵元单元n＝1的阵元单元1为基准单元，基准单元1发射声波经过初始聚焦点x的传播路径为合成线，合成线上初始聚焦点x后第nd个采样点为x^* _nd，nd为初始聚焦点x后的第nd个采样点x^* _nd的编号，nd∈[1，max]，max为总采样点数，t_1x*nd为基准单元1到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，t_1x为基准单元1到初始聚焦点x的声波传播时间；根据t_1x*nd-t_1x＝nd×0.5×T获得合成线上所有采样周期的采样点x^* _nd的t_1x*nd；

S503、判断阵元单元n对应的t_1x*nd-t_1x-(t_nx*nd-t_nx)≥num*T是否成立，num为阵元单元n与采样点x之间对应的回波数据需要插入单位时间延迟的次数，第1次判断num＝1，t_nx*nd为阵元单元n到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，

S504、若成立，则点x^* _nd记为需插入单位时间延迟的采样点，点x^* _nd对应的nd记为预设位置，将点x^* _nd对应的nd存入用于记录需插入单位时间延迟的预设位置的数组An中，再对num加1，并将值赋给num，即num＝num+1，继续执行步骤S503；

S505、若不成立，则对nd加1，并将值赋给nd，即nd＝nd+1；判断nd是否小于或等于max，若是则执行步骤S503，否则结束。

其中，所述预设位置经过离线计算得出。

其中，所述根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总阵元单元数；包括：

S701、获得超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，其中，所述楔块参数包括楔块角度ω，第一阵元单元的高度H₁和楔块内声速v₁，所述探头参数包括孔径单元个数M和单元芯距ρ，所述聚焦参数包括试件半声程焦距L，被测物入射角β和被测物声速v₂，所述第一阵元单元为距离楔块角度ω最近的阵元单元，

S702、根据斯涅耳定律计算与试件给定入射角β对应的楔块内入射角α，

α＝sin^-1[(v₁×sinβ)/v₂]，

S703、计算超声波相控阵无损检测系统中基准单元的中点高度E_h，所述基准单元为设置在各阵元单元的中心位置的阵元单元，

E_h＝H₁+[ρ×(M-1)/2]×sinω，

S704、计算主声束楔块内声程P，P＝E_h/cosα，

S705、计算主声束入射点至所述第一阵元单元的水平距离l₁，

l₁＝[ρ×(M-1)/2]cosω+E_h×tanα，

S706、计算采样点x的位置，定义采样点x的水平位置为X’，采样点x的深度为Z，

Z＝L×cosβ；X’＝L×sinβ+l₁，

S707、计算采样点x到基准单元的声波传播时间t，t＝L/v₂+P/v₁，

S708、计算阵元单元n的高度H_n，H_n＝H₁+ρ×(n-1)×sinω，

S709、根据Z×tanβ_n+H_n×tanα_n+ρ×(n-1)×cosω＝X’，α_n＝sin^-1[sinβ_n×(v₁/v₂)]；用数值方法解出阵元单元n的折射角β_n和折射角β_n对应的入射角α_n，

S710、计算阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，

t_nx＝H_n/(cosα_n×v₁)+Z/(cosβ_n×v₂)。

第二方面，提供一种相控阵接收动态聚焦补偿系统，包括换能器组，A/D转换电路和波束合成器，所述换能器组包括1～N个换能器单元，所述A/D转换电路包括1～N个信号处理电路，所述波束合成器包括动态聚焦补偿电路和信号叠加电路；所述动态聚焦补偿电路包括1～N个动态聚焦补偿子电路，每个信号处理电路的一端和一个换能器单元连接，每个信号处理电路的另一端和一个动态聚焦补偿子电路的一端连接，动态聚焦补偿子电路的另一端连接信号叠加电路；

所述换能器组，用于接收超声波相控阵无损检测系统中各换能器单元对应的回波数据，其中，所述换能器组包括其他换能器单元和基准换能器单元，

所述A/D转换电路，用于把接收到的回波数据转换为回波数据数字化电信号，

所述动态聚焦补偿电路，用于根据其他换能器单元和基准换能器单元分别对应的回波数据数字化电信号的传播时间之差，对各回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟，再获得启动补偿延迟，从启动补偿延迟对应长度数据数字化电信号后的回波数据数字化电信号开始，在预设位置对插入初始聚焦延迟的回波数据数字化电信号插入单位时间延迟，获得动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号，其中，所述单位时间延迟为采样周期T，

所述信号叠加电路，用于对动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号进行数据叠加。

其中，所述根据其他换能器单元和基准换能器单元分别对应的回波数据数字化电信号的传播时间之差，对各回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟，包括：

根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总换能器单元数；

定义换能器单元n＝1的换能器单元1为基准换能器单元，换能器单元n＝n’的换能器单元n’为其他换能器单元，n’∈[2，N]；t_1x为基准换能器单元1到采样点x的声波传播时间，t_n’x为其他换能器单元n’到采样点x的声波传播时间；根据t_n’x和t_1x的差值对每个换能器单元的采样点对应的回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟。

其中，所述初始聚焦延迟T_nI＝t_max-(t_nx-t_1x)，其中，t_max为t_nx中的最大值；

所述启动补偿延迟T_BC＝2×t_1x/T，其中，定义换能器单元n＝1的换能器单元1为基准换能器，T为采样周期，t_1x为基准换能器1到采样点x的声波传播时间；

所述预设位置的确定，包括：

S501、根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总换能器单元数；

S502、定义T为采样周期，采样点x为初始聚焦点，换能器单元n＝1的换能器单元1为基准换能器单元，基准换能器单元1发射声波经过初始聚焦点x的传播路径为合成线，合成线上初始聚焦点x后第nd个采样点为x^* _nd，nd为初始聚焦点x后的第nd个采样点x^* _nd的编号，nd∈[1，max]，max为总采样点数，t_1x*nd为基准换能器单元1到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，t_1x为基准换能器单元1到初始聚焦点x的声波传播时间；根据t_1x*nd-t_1x＝nd×0.5×T获得合成线上所有采样周期的采样点x^* _nd的t_1x*nd；

S503、判断换能器单元n对应的t_1x*nd-t_1x-(t_nx*nd-t_nx)≥num*T是否成立，num为换能器单元n与采样点x之间对应的回波数据数字化电信号需要插入单位时间延迟的次数，第1次判断num＝1，t_nx*nd为换能器单元n到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，

S504、若成立，则点x^* _nd记为需插入单位时间延迟的采样点，点x^* _nd对应的nd记为预设位置，将点x^* _nd对应的nd存入用于记录需插入单位时间延迟的预设位置的数组An中，再对num加1，并将值赋给num，即num＝num+1，继续执行步骤S503；

S505、若不成立，则对nd加1，并将值赋给nd，即nd＝nd+1；判断nd是否小于或等于max，若是则执行步骤S503，否则结束；

所述预设位置经过离线计算得出；

所述根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总换能器单元数；包括：

S701、获得超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，其中，所述楔块参数包括楔块角度ω，第一换能器单元的高度H₁和楔块内声速v₁，所述探头参数包括孔径单元个数M和单元芯距ρ，所述聚焦参数包括试件半声程焦距L，被测物入射角β和被测物声速v₂，所述第一换能器单元为距离楔块角度ω最近的换能器单元，

S702、根据斯涅耳定律计算与试件给定入射角β对应的楔块内入射角α，

α＝sin^-1[(v₁×sinβ)/v₂]，

S703、计算超声波相控阵无损检测系统中基准换能器单元的中点高度E_h，所述基准换能器单元为设置在各换能器单元的中心位置的换能器单元，

E_h＝H₁+[ρ×(M-1)/2]×sinω，

S704、计算主声束楔块内声程P，P＝E_h/cosα，

S705、计算主声束入射点至所述第一换能器单元的水平距离l₁，

l₁＝[ρ×(M-1)/2]cosω+E_h×tanα，

S706、计算采样点x的位置，定义采样点x的水平位置为X’，采样点x的深度为Z，

Z＝L×cosβ；X’＝L×sinβ+l₁，

S707、计算采样点x到基准换能器单元的声波传播时间t，t＝L/v₂+P/v₁，

S708、计算换能器单元n的高度H_n，H_n＝H₁+ρ×(n-1)×sinω，

S709、根据Z×tanβ_n+H_n×tanα_n+ρ×(n-1)×cosω＝X’，α_n＝sin^-1[sinβ_n×(v₁/v₂)]；用数值方法解出换能器单元n的折射角β_n和折射角β_n对应入射角α_n，

S710、计算换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，

t_nx＝H_n/(cosα_n×v₁)+Z/(cosβ_n×v₂)。

本发明的有益效果在于：一种相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统，包括换能器组，A/D转换电路和波束合成器，波束合成器包括动态聚焦补偿电路和信号叠加电路；换能器组接收超声波相控阵无损检测系统中各换能器单元对应的回波数据，所述换能器组包括其他换能器单元和基准换能器单元，A/D转换电路把接收到的回波数据转换为回波数据数字化电信号，动态聚焦补偿电路根据其他换能器单元和基准换能器单元分别对应的回波数据数字化电信号的传播时间之差，对各回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟，再获得启动补偿延迟，从启动补偿延迟对应长度数据数字化电信号后的回波数据数字化电信号开始，在预设位置对插入初始聚焦延迟的回波数据数字化电信号插入单位时间延迟，获得动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号，信号叠加电路对动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号进行数据叠加。对回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟补偿了回波数据数字化电信号的固定延时，再对在启动补偿延迟对应长度数据数字化电信号后的回波数据数字化电信号，在预设位置插入单位时间延迟补偿了回波数据数字化电信号的相对延时，两者共同作用可对不同深度聚焦的回波数据数字化电信号的延时进行动态补偿，补偿后在各个深度的成像失真减小，图像质量提高，并且在折射的条件下也可以满足所有深度聚焦补偿要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法第一个实施例的方法流程图。

图2是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法第二个实施例的方法流程图。

图3是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法的超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的结构示意图。

图4是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法的合成线示意图。

图5是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法的预设位置计算流程图。

图6是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿系统第一个实施例的结构方框图。

图7是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿系统第二个实施例的结构方框图。

图8是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿系统动态聚焦补偿的原理框图。

图9是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统的相控阵接收动态聚焦补偿前后的成像效果对比图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法第一个实施例的方法流程图。本发明实施例提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法，可应用于各种相控阵超声波无损检测方式中。

该相控阵接收动态聚焦补偿方法，包括：

步骤S101、接收超声波相控阵无损检测系统中各阵元单元对应的回波数据，其中，所述阵元单元包括其他单元和基准单元。

步骤S102、根据其他单元和基准单元分别对应的回波数据的传播时间之差，对各回波数据插入初始聚焦延迟。

步骤S103、获得启动补偿延迟，从启动补偿延迟对应长度数据后的回波数据开始，在预设位置对插入初始聚焦延迟的回波数据插入单位时间延迟，获得动态聚焦补偿后的回波数据，其中，所述单位时间延迟为采样周期T。

需要说明的是，动态聚焦补偿过程实际就是在接收的回波数据中插入值的过程。只要正确的插入值以达到动态聚焦补偿的效果，步骤S102和步骤S103并不需要执行严格的先后顺序关系，可以是先实施步骤S102再实施步骤S103，也可以先实施步骤S103再实施步骤S102，还可以为步骤S102和步骤S103并行实施。

其中，所述预设位置经过离线计算得出。先离线计算好预设位置，存入用于记录需插入单位时间延迟的预设位置的数组An中，后续计算流程在做是否需要补偿相对延时的补偿判断时，用启动补偿延迟对应长度数据后的回波数据的序号和数组An中预先存储的预设位置进行对比判断即可，此做法提高了整个相控阵接受动态聚焦补偿方法的处理效率。

步骤S104、对动态聚焦补偿后的回波数据进行数据叠加。

综上，一种相控阵接收动态聚焦补偿方法，在超声波相控阵无损检测系统聚焦发射后，接收各阵元单元的回波数据，并在各通道进行叠加前将回波数据进行延时和补偿。补偿的过程包括固定延时补偿和相对延时补偿。对回波数据插入初始聚焦延迟补偿了回波数据的固定延时，再对在启动补偿延迟对应长度数据后的回波数据，在预设位置插入单位时间延迟补偿了回波数据的相对延时，两者共同作用可对不同深度聚焦的回波数据的延时进行动态补偿，补偿后在各个深度的成像失真减小，图像质量提高，并且在折射的条件下也可以满足所有深度聚焦补偿要求。

请参考图2，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法第二个实施例的方法流程图。本实施例与相控阵接收动态聚焦补偿方法第一个实施例的主要区别在于增加了插入初始聚焦延迟和插入单位时间延迟的具体步骤。

该相控阵接收动态聚焦补偿方法，包括：

步骤S201、接收超声波相控阵无损检测系统中各阵元单元对应的回波数据，其中，所述阵元单元包括其他单元和基准单元。

步骤S202、根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总阵元单元数。

其中，所述根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总阵元单元数；包括：

请参考图3，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法的超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的结构示意图。

S701、获得超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，其中，所述楔块参数包括楔块角度ω，第一阵元单元的高度H₁和楔块内声速v₁，所述探头参数包括孔径单元个数M和单元芯距ρ，所述聚焦参数包括试件半声程焦距L，被测物入射角β和被测物声速v₂，所述第一阵元单元为距离楔块角度ω最近的阵元单元，

其中，在实际应用时，所述第一阵元单元可以由上位机设置定义。

S702、根据斯涅耳定律计算与试件给定入射角β对应的楔块内入射角α，

α＝sin^-1[(v₁×sinβ)/v₂]，

S703、计算超声波相控阵无损检测系统中基准单元的中点高度E_h，所述基准单元为设置在各阵元单元的中心位置的阵元单元，

E_h＝H₁+[ρ×(M-1)/2]×sinω，

S704、计算主声束楔块内声程P，P＝E_h/cosα，

S705、计算主声束入射点至所述第一阵元单元的水平距离l₁，

l₁＝[ρ×(M-1)/2]cosω+E_h×tanα，

S706、计算采样点x的位置，定义采样点x的水平位置为X’，采样点x的深度为Z，

Z＝L×cosβ；X’＝L×sinβ+l₁，

S707、计算采样点x到基准单元的声波传播时间t，t＝L/v₂+P/v₁，

S708、计算阵元单元n的高度H_n，H_n＝H₁+ρ×(n-1)×sinω，

S709、根据Z×tanβ_n+H_n×tanα_n+ρ×(n-1)×cosω＝X’，α_n＝sin^-1[sinβ_n×(v₁/v₂)]；用数值方法解出阵元单元n的折射角β_n和折射角β_n对应的入射角α_n，

S710、计算阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，

t_nx＝H_n/(cosα_n×v₁)+Z/(cosβ_n×v₂)。

通过以上步骤，可获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx

步骤S203、定义阵元单元n＝1的阵元单元1为基准单元，阵元单元n＝n’的阵元单元n’为其他单元，n’∈[2，N]；t_1x为基准单元1到采样点x的声波传播时间，t_n’x为其他单元n’到采样点x的声波传播时间；根据t_n’x和t_1x的差值对每个阵元单元的采样点对应的回波数据插入初始聚焦延迟。

其中，所述初始聚焦延迟T_nI＝t_max-(t_nx-t_1x)，其中，t_max为t_nx中的最大值。

通过以上步骤，可完成对回波数据固定延时的补偿。

步骤S204、获得启动补偿延迟，从启动补偿延迟对应长度数据后的回波数据开始，在预设位置对插入初始聚焦延迟的回波数据插入单位时间延迟，获得动态聚焦补偿后的回波数据，其中，所述单位时间延迟为采样周期T。

其中，所述启动补偿延迟T_BC＝2×t_1x/T，其中，定义阵元单元n＝1的阵元单元1为基准单元，T为采样周期，t_1x为基准单元1到采样点x的声波传播时间。

通过以上步骤，可完成对回波数据相对延时的补偿。

启动补偿延迟的存在是为了确定预设位置对应回波数据的起始位置。为实现动态地补偿各通道的相对延时，实现所有深度的回波数据都聚焦的目的，在准确的预设位置插入单位时间延迟才是本技术方案的关键，启动补偿延迟用于确定回波数据预设位置的起点。

其中，所述预设位置的确定，包括：

S501、根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总阵元单元数；

阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx可通过上述步骤S701～S710获得，此处不作赘述。

请参考图4，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法的合成线示意图。

S502、定义T为采样周期，采样点x为初始聚焦点，阵元单元n＝1的阵元单元1为基准单元，基准单元1发射声波经过初始聚焦点x的传播路径为合成线，合成线上初始聚焦点x后第nd个采样点为x^* _nd，nd为初始聚焦点x后的第nd个采样点x^* _nd的编号，nd∈[1，max]，max为总采样点数，t_1x*nd为基准单元1到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，t_1x为基准单元1到初始聚焦点x的声波传播时间；根据t_1x*nd-t_1x＝nd×0.5×T获得合成线上所有采样周期的采样点x^* _nd的t_1x*nd。

请参考图5，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法的预设位置计算流程图。

S503、判断阵元单元n对应的t_1x*nd-t_1x-(t_nx*nd-t_nx)≥num*T是否成立，num为阵元单元n与采样点x之间对应的回波数据需要插入单位时间延迟的次数，第1次判断num＝1，t_nx*nd为阵元单元n到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，

S504、若成立，则点x^* _nd记为需插入单位时间延迟的采样点，点x^* _nd对应的nd记为预设位置，将点x^* _nd对应的nd存入用于记录需插入单位时间延迟的预设位置的数组An中，再对num加1，并将值赋给num，即num＝num+1，继续执行步骤S503；

S505、若不成立，则对nd加1，并将值赋给nd，即nd＝nd+1；判断nd是否小于或等于max，若是则执行步骤S503，否则结束。

步骤S205、对动态聚焦补偿后的回波数据进行数据叠加。

综上，本技术方案提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法是对相控阵接收回波数据进行处理的方法。因为超声波相控阵无损检测系统聚焦在不同的深度，即聚焦点深度不同，各单元通道有不同的延时。初始聚焦延迟补偿了不同焦点回波数据的固定延时，对在启动补偿延迟对应长度数据后的回波数据，在预设位置插入单位时间延迟补偿了不同焦点回波数据的相对延时。可见，该方法不但动态地补偿各通道的固定延时，还可以动态地补偿各通道的相对延时，使所有深度都聚焦。补偿后图像质量提高，可满足所有深度都聚焦的要求，从任意采样点返回的回波数据的成像质量都得到明显改善。

以下是应用相控阵接收动态聚焦补偿方法仿真的补偿前后成像效果对比：

仿真采用线型扫查方式，换有192个阵元单元，每次将64个阵元单元分为一组发射和接收，共采集129条线扫描信号重构图像。阵元单元中心频率为3Mhz，单元中心距为0.5mm。空间中有10个反射理想点，均匀分布在10mm至100mm位置。发射聚焦在10mm(第一个反射点深度)。采样频率为100Mhz。

请参考图9，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统的相控阵接收动态聚焦补偿前后的成像效果对比图。横坐标为空间横向距离，单位为毫米。纵坐标为纵向距离，单位为毫米。

动态聚焦补偿成像效果之前，发射与接收聚焦都在10mm深度(第一个反射点深度)。第一个反射点成像清晰，横向分辨力强，但是由于是近场聚焦，其他点成像失真严重，成像位置偏离原点位置，离聚焦深度越远，失真越严重，远场中的反射点成像模糊，甚至没有成像。

动态聚焦补偿成像效果之后，发射聚焦在10mm深度，接收信号进行动态深度聚焦处理后的成像。图中，无论是近场点还是远场点，成像均匀清晰，横向和纵向分辨力强，成像位置与实际位置无误差。可见，使用本方案的相控阵接收动态聚焦补偿方法和系统进行动态聚焦补偿后，超声成像质量有了巨大的提高。

以下为本发明实施例提供的相控阵接收动态聚焦补偿系统实施例。相控阵接收动态聚焦补偿系统实施例与上述的相控阵接收动态聚焦补偿方法实施例属于同一构思，相控阵接收动态聚焦补偿系统实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上相控阵接收动态聚焦补偿方法实施例。

请参考图6，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿系统第一个实施例的结构方框图。

该相控阵接收动态聚焦补偿系统，包括换能器组，A/D转换电路和波束合成器，所述换能器组包括1～N个换能器单元，所述A/D转换电路包括1～N个信号处理电路，所述波束合成器包括动态聚焦补偿电路和信号叠加电路；所述动态聚焦补偿电路包括1～N个动态聚焦补偿子电路，每个信号处理电路的一端和一个换能器单元连接，每个信号处理电路的另一端和一个动态聚焦补偿子电路的一端连接，动态聚焦补偿子电路的另一端连接信号叠加电路；

所述换能器组，用于接收超声波相控阵无损检测系统中各换能器单元对应的回波数据，其中，所述换能器组包括其他换能器单元和基准换能器单元，

所述A/D转换电路，用于把接收到的回波数据转换为回波数据数字化电信号，

所述动态聚焦补偿电路，用于根据其他换能器单元和基准换能器单元分别对应的回波数据数字化电信号的传播时间之差，对各回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟，再获得启动补偿延迟，从启动补偿延迟对应长度数据数字化电信号后的回波数据数字化电信号开始，在预设位置对插入初始聚焦延迟的回波数据数字化电信号插入单位时间延迟，获得动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号，其中，所述单位时间延迟为采样周期T，

所述信号叠加电路，用于对动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号进行数据叠加。

换能器组有N个换能器单元。换能器单元按照聚焦法则发射超声波至被测物体，然后接收回波数据进行处理。换能器单元接收到回波数据后，A/D转换电路将回波数据转换成离散数字化电信号，并将数字化电信号输入到波束合成器。波束合成器通过动态补偿数字化电信号叠加时各通道间的固定延时和相对延时来改变数字化电信号的输出时间。波束合成器输出信号为合成线扫描信号。

综上，本技术方案提供的相控阵接收动态聚焦补偿系统，在超声波相控阵无损检测系统聚焦发射后接收各换能器单元的回波数据，并在各通道进行叠加前将回波数据进行延时和补偿。补偿的过程包括固定延时补偿和相对延时补偿。对回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟补偿了回波数据数字化电信号的固定延时，再对在启动补偿延迟对应长度数据数字化电信号后的回波数据数字化电信号，在预设位置插入单位时间延迟补偿了回波数据数字化电信号的相对延时，两者共同作用可对不同深度聚焦的回波数据数字化电信号的延时进行动态补偿，补偿后在各个深度的成像失真减小，图像质量提高，并且在折射的条件下也可以满足所有深度聚焦补偿要求。

请参考图7，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿系统第二个实施例的结构方框图。本实施例与相控阵接收动态聚焦补偿系统第一个实施例的主要区别在于增加了上位机。

该相控阵接收动态聚焦补偿系统，包括换能器组，A/D转换电路和波束合成器，所述换能器组包括1～N个换能器单元，所述A/D转换电路包括1～N个信号处理电路，所述波束合成器包括动态聚焦补偿电路和信号叠加电路；所述动态聚焦补偿电路包括1～N个动态聚焦补偿子电路，每个信号处理电路的一端和一个换能器单元连接，每个信号处理电路的另一端和一个动态聚焦补偿子电路的一端连接，动态聚焦补偿子电路的另一端连接信号叠加电路；

所述换能器组，用于接收超声波相控阵无损检测系统中各换能器单元对应的回波数据，其中，所述换能器组包括其他换能器单元和基准换能器单元，

所述A/D转换电路，用于把接收到的回波数据转换为回波数据数字化电信号，

所述动态聚焦补偿电路，用于根据其他换能器单元和基准换能器单元分别对应的回波数据数字化电信号的传播时间之差，对各回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟，再获得启动补偿延迟，从启动补偿延迟对应长度数据数字化电信号后的回波数据数字化电信号开始，在预设位置对插入初始聚焦延迟的回波数据数字化电信号插入单位时间延迟，获得动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号，其中，所述单位时间延迟为采样周期T，

所述信号叠加电路，用于对动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号进行数据叠加。

其中，所述根据其他换能器单元和基准换能器单元分别对应的回波数据数字化电信号的传播时间之差，对各回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟，包括：

根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总换能器单元数；

定义换能器单元n＝1的换能器单元1为基准换能器单元，换能器单元n＝n’的换能器单元n’为其他换能器单元，n’∈[2，N]；t_1x为基准换能器单元1到采样点x的声波传播时间，t_n’x为其他换能器单元n’到采样点x的声波传播时间；根据t_n’x和t_1x的差值对每个换能器单元的采样点对应的回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟。

其中，所述初始聚焦延迟T_nI＝t_max-(t_nx-t_1x)，其中，t_max为t_nx中的最大值；

所述启动补偿延迟T_BC＝2×t_1x/T，其中，定义换能器单元n＝1的换能器单元1为基准换能器，T为采样周期，t_1x为基准换能器1到采样点x的声波传播时间；

所述预设位置的确定，包括：

S501、根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总换能器单元数；

S502、定义T为采样周期，采样点x为初始聚焦点，换能器单元n＝1的换能器单元1为基准换能器单元，基准换能器单元1发射声波经过初始聚焦点x的传播路径为合成线，合成线上初始聚焦点x后第nd个采样点为x^* _nd，nd为初始聚焦点x后的第nd个采样点x^* _nd的编号，nd∈[1，max]，max为总采样点数，t_1x*nd为基准换能器单元1到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，t_1x为基准换能器单元1到初始聚焦点x的声波传播时间；根据t_1x*nd-t_1x＝nd×0.5×T获得合成线上所有采样周期的采样点x^* _nd的t_1x*nd；

S503、判断换能器单元n对应的t_1x*nd-t_1x-(t_nx*nd-t_nx)≥num*T是否成立，num为换能器单元n与采样点x之间对应的回波数据数字化电信号需要插入单位时间延迟的次数，第1次判断num＝1，t_nx*nd为换能器单元n到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，

S504、若成立，则点x^* _nd记为需插入单位时间延迟的采样点，点x^* _nd对应的nd记为预设位置，将点x^* _nd对应的nd存入用于记录需插入单位时间延迟的预设位置的数组An中，再对num加1，并将值赋给num，即num＝num+1，继续执行步骤S503；

S505、若不成立，则对nd加1，并将值赋给nd，即nd＝nd+1；判断nd是否小于或等于max，若是则执行步骤S503，否则结束；

所述预设位置经过离线计算得出；

所述根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总换能器单元数；包括：

S701、获得超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，其中，所述楔块参数包括楔块角度ω，第一换能器单元的高度H₁和楔块内声速v₁，所述探头参数包括孔径单元个数M和单元芯距ρ，所述聚焦参数包括试件半声程焦距L，被测物入射角β和被测物声速v₂，所述第一换能器单元为距离楔块角度ω最近的换能器单元，

其中，在实际应用时，所述第一换能器单元可以由上位机设置定义。

S702、根据斯涅耳定律计算与试件给定入射角β对应的楔块内入射角α，

α＝sin^-1[(v₁×sinβ)/v₂]，

S703、计算超声波相控阵无损检测系统中基准换能器单元的中点高度E_h，所述基准换能器单元为设置在各换能器单元的中心位置的换能器单元，

E_h＝H₁+[ρ×(M-1)/2]×sinω，

S704、计算主声束楔块内声程P，P＝E_h/cosα，

S705、计算主声束入射点至所述第一换能器单元的水平距离l₁，

l₁＝[ρ×(M-1)/2]cosω+E_h×tanα，

S706、计算采样点x的位置，定义采样点x的水平位置为X’，采样点x的深度为Z，

Z＝L×cosβ；X’＝L×sinβ+l₁，

S707、计算采样点x到基准换能器单元的声波传播时间t，t＝L/v₂+P/v₁，

S708、计算换能器单元n的高度H_n，H_n＝H₁+ρ×(n-1)×sinω，

S709、根据Z×tanβ_n+H_n×tanα_n+ρ×(n-1)×cosω＝X’，α_n＝sin^-1[sinβ_n×(v₁/v₂)]；用数值方法解出换能器单元n的折射角β_n和折射角β_n对应入射角α_n，

S710、计算换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，

t_nx＝H_n/(cosα_n×v₁)+Z/(cosβ_n×v₂)。

相控阵接收动态聚焦补偿系统由四部分组成，分别为上位机、换能器组、A/D转换电路和波束合成器，波束合成器包括动态聚焦补偿电路和信号叠加电路。

请参考图8，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿系统动态聚焦补偿的原理框图。

相控阵接收动态聚焦补偿系统的工作原理为根据用户输入的参数，如楔块参数，探头参数，聚焦参数等，上位机离线计算出用于记录需插入单位时间延迟的预设位置的数组An，An又称信号聚焦补偿表，启动补偿延迟和初始聚焦延迟。再将信号聚焦补偿表An存入各个通道动态聚焦电路的ROM里，将启动补偿延迟和初始聚焦延迟存入动态聚焦电路的寄存器中。相控阵按照发射聚焦法则发出声波，并在基准换能器单元(基准换能器单元一般取位于中心位置的换能器单元)开始发射声波时刻开始接收回波数据。换能器组接收回波数据。信号处理电路将回波数据转换为回波数据数字化电信号。回波数据数字化电信号依次地输入到动态聚焦补偿电路中，动态聚焦电路根据存入了初始聚焦延迟寄存器、启动补偿延迟寄存器和聚焦补偿表An的参数对回波数据进行延迟和补偿，而后输出回波数据到信号叠加电路，进行各通道数据的叠加，并输出最后的线扫描信号。

具有动态聚焦补偿功能的波束合成器包括两部分，第一部分为动态聚焦补偿电路，第二部分为信号叠加电路。通道将离散数字化电信号在每个周期依次写入一个双口RAM中，并同时依次读出。动态聚焦补偿电路通过动态改变双口RAM的读写地址差来改变各通道的延迟。假设n通道要补偿一个单位，则通道n这个周期双口RAM读地址保持不变，延迟周期数等于写地址与读地址的差，因为写地址每个周期都在加一，此时写读地址差增加一，相当于补偿了一个延迟。用计数器记录下现在是第几个输出值。假设通道n这个周期不用插入补偿延迟，读写地址都加一，读写地址差不变。将聚焦补偿表An存入第n个通道的ROM中，来产生补偿延迟信号。ROM输出值经过一个比较器与RAM输出值计数器比较。若相等，双口RAM读地址不变，补偿一个延迟，ROM读地址加一，输出下一个ROM值；若不等，双口RAM读地址加一，ROM读地址不变。

动态聚焦补偿电路包括两个延迟参数寄存器，分别为初始聚焦延迟寄存器和启动补偿延迟寄存器。初始聚焦延迟是RAM读写地址的初始差，用来决定合成线的角度和初始聚焦点x。启动补偿延迟是补偿功能启动延迟，即ROM的开始输出数据延迟，为基准换能器与聚焦点间声波传播时间对应的采样周期的两倍，使在初始聚焦点后开始插值功能。

综上，本技术方案提供的相控阵接收动态聚焦补偿系统是对相控阵接收回波数据进行处理的系统。因为超声波相控阵无损检测系统聚焦在不同的深度，即采样点深度不同，各单元通道有不同的延时。初始聚焦延迟延时补偿了各换能器单元到初始聚焦点的时间不同的回波数据的固定延时，预设位置的单位时间延迟补偿了不同焦点回波数据的相对延时，启动补偿延迟决定了什么时候开始对相对延迟进行补偿。可见，该系统不但动态地补偿各通道的固定延时，还可以动态地补偿各通道的相对延时，使所有深度都聚焦。补偿后图像质量提高，可满足所有深度都聚焦的要求，从任意采样点返回的回波数据的成像质量都得到明显改善。

以下是相控阵接收动态聚焦补偿系统仿真的补偿前后成像效果对比：

仿真采用线型扫查方式，换能器有192个单元，每次将64个单元分为一组发射和接收，共采集129条线扫描信号重构图像。换能器中心频率为3Mhz，单元中心距为0.5mm。空间中有10个反射理想点，均匀分布在10mm至100mm位置。发射聚焦在10mm(第一个反射点深度)。采样频率为100Mhz。

请参考图9，其是本发明提供的相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统的相控阵接收动态聚焦补偿前后的成像效果对比图。横坐标为空间横向距离，单位为毫米。纵坐标为纵向距离，单位为毫米。

动态聚焦补偿成像效果之前，发射与接收聚焦都在10mm深度(第一个反射点深度)。第一个反射点成像清晰，横向分辨力强，但是由于是近场聚焦，其他点成像失真严重，成像位置偏离原点位置，离聚焦深度越远，失真越严重，远场中的反射点成像模糊，甚至没有成像。

动态聚焦补偿成像效果之后，发射聚焦在10mm深度，接收信号进行动态深度聚焦处理后的成像。图中，无论是近场点还是远场点，成像均匀清晰，横向和纵向分辨力强，成像位置与实际位置无误差。可见，使用本方案的相控阵接收动态聚焦补偿方法和系统进行动态聚焦补偿后，超声成像质量有了巨大的提高。

一种相控阵接收动态聚焦补偿方法及系统，能够动态地补偿在不同深度聚焦的回波数据的延时，补偿后在各个深度的成像失真减小，图像质量提高，并且在折射的条件下也可以满足所有深度聚焦补偿要求。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括存储器、磁盘或光盘等。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种相控阵接收动态聚焦补偿方法，其特征在于，包括：

接收超声波相控阵无损检测系统中各阵元单元对应的回波数据，其中，所述阵元单元包括其他单元和基准单元，

根据其他单元和基准单元分别对应的回波数据的传播时间之差，对各回波数据插入初始聚焦延迟，

获得启动补偿延迟，从启动补偿延迟对应长度数据后的回波数据开始，在预设位置对插入初始聚焦延迟的回波数据插入单位时间延迟，获得动态聚焦补偿后的回波数据，其中，所述单位时间延迟为采样周期T，

对动态聚焦补偿后的回波数据进行数据叠加。

2.根据权利要求1所述的相控阵接收动态聚焦补偿方法，其特征在于，所述根据其他单元和基准单元分别对应的回波数据的传播时间之差，对各回波数据插入初始聚焦延迟，包括：

根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总阵元单元数；

定义阵元单元n＝1的阵元单元1为基准单元，阵元单元n＝n’的阵元单元n’为其他单元，n’∈[2，N]；t_1x为基准单元1到采样点x的声波传播时间，t_n’x为其他单元n’到采样点x的声波传播时间；根据t_n’x和t_1x的差值对每个阵元单元的采样点对应的回波数据插入初始聚焦延迟。

3.根据权利要求2所述的相控阵接收动态聚焦补偿方法，其特征在于，所述初始聚焦延迟T_nI＝t_max-(t_nx-t_1x)，其中，t_max为t_nx中的最大值。

4.根据权利要求1所述的相控阵接收动态聚焦补偿方法，其特征在于，所述启动补偿延迟T_BC＝2×t_1x/T，其中，定义阵元单元n＝1的阵元单元1为基准单元，T为采样周期，t_1x为基准单元1到采样点x的声波传播时间。

5.根据权利要求1所述的相控阵接收动态聚焦补偿方法，其特征在于，所述预设位置的确定，包括：

S501、根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总阵元单元数；

S502、定义T为采样周期，采样点x为初始聚焦点，阵元单元n＝1的阵元单元1为基准单元，基准单元1发射声波经过初始聚焦点x的传播路径为合成线，合成线上初始聚焦点x后第nd个采样点为x^* _nd，nd为初始聚焦点x后的第nd个采样点x^* _nd的编号，nd∈[1，max]，max为总采样点数，t_1x*nd为基准单元1到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，t_1x为基准单元1到初始聚焦点x的声波传播时间；根据t_1x*nd-t_1x＝nd×0.5×T获得合成线上所有采样周期的采样点x^* _nd的t_1x*nd；

S503、判断阵元单元n对应的t_1x*nd-t_1x-(t_nx*nd-t_nx)≥num*T是否成立，num为阵元单元n与采样点x之间对应的回波数据需要插入单位时间延迟的次数，第1次判断num＝1，t_nx*nd为阵元单元n到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，

S504、若成立，则点x^* _nd记为需插入单位时间延迟的采样点，点x^* _nd对应的nd记为预设位置，将点x^* _nd对应的nd存入用于记录需插入单位时间延迟的预设位置的数组An中，再对num加1，并将值赋给num，即num＝num+1，继续执行步骤S503；

S505、若不成立，则对nd加1，并将值赋给nd，即nd＝nd+1；判断nd是否小于或等于max，若是则执行步骤S503，否则结束。

6.根据权利要求1所述的相控阵接收动态聚焦补偿方法，其特征在于，所述预设位置经过离线计算得出。

7.根据权利要求2或5所述的相控阵接收动态聚焦补偿方法，其特征在于，所述根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总阵元单元数；包括：

S701、获得超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，其中，所述楔块参数包括楔块角度ω，第一阵元单元的高度H₁和楔块内声速v₁，所述探头参数包括孔径单元个数M和单元芯距ρ，所述聚焦参数包括试件半声程焦距L，被测物入射角β和被测物声速v₂，所述第一阵元单元为距离楔块角度ω最近的阵元单元，

S702、根据斯涅耳定律计算与试件给定入射角β对应的楔块内入射角α，

α＝sin^-1[(v₁×sinβ)/v₂]，

S703、计算超声波相控阵无损检测系统中基准单元的中点高度E_h，所述基准单元为设置在各阵元单元的中心位置的阵元单元，

E_h＝H₁+[ρ×(M-1)/2]×sinω，

S704、计算主声束楔块内声程P，P＝E_h/cosα，

S705、计算主声束入射点至所述第一阵元单元的水平距离l₁，

l₁＝[ρ×(M-1)/2]cosω+E_h×tanα，

S706、计算采样点x的位置，定义采样点x的水平位置为X’，采样点x的深度为Z，

Z＝L×cosβ；X’＝L×sinβ+l₁，

S707、计算采样点x到基准单元的声波传播时间t，t＝L/v₂+P/v₁，

S708、计算阵元单元n的高度H_n，H_n＝H₁+ρ×(n-1)×sinω，

S709、根据Z×tanβ_n+H_n×tanα_n+ρ×(n-1)×cosω＝X’，α_n＝sin^-1[sinβ_n×(v₁/v₂)]；用数值方法解出阵元单元n的折射角β_n和折射角β_n对应的入射角α_n，

S710、计算阵元单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，

t_nx＝H_n/(cosα_n×v₁)+Z/(cosβ_n×v₂)。

8.一种相控阵接收动态聚焦补偿系统，其特征在于，包括换能器组，A/D转换电路和波束合成器，所述换能器组包括1～N个换能器单元，所述A/D转换电路包括1～N个信号处理电路，所述波束合成器包括动态聚焦补偿电路和信号叠加电路；所述动态聚焦补偿电路包括1～N个动态聚焦补偿子电路，每个信号处理电路的一端和一个换能器单元连接，每个信号处理电路的另一端和一个动态聚焦补偿子电路的一端连接，动态聚焦补偿子电路的另一端连接信号叠加电路；

所述换能器组，用于接收超声波相控阵无损检测系统中各换能器单元对应的回波数据，其中，所述换能器组包括其他换能器单元和基准换能器单元，

所述A/D转换电路，用于把接收到的回波数据转换为回波数据数字化电信号，

所述动态聚焦补偿电路，用于根据其他换能器单元和基准换能器单元分别对应的回波数据数字化电信号的传播时间之差，对各回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟，再获得启动补偿延迟，从启动补偿延迟对应长度数据数字化电信号后的回波数据数字化电信号开始，在预设位置对插入初始聚焦延迟的回波数据数字化电信号插入单位时间延迟，获得动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号，其中，所述单位时间延迟为采样周期T，

所述信号叠加电路，用于对动态聚焦补偿后的回波数据数字化电信号进行数据叠加。

9.根据权利要求8所述的相控阵接收动态聚焦补偿系统，其特征在于：

所述根据其他换能器单元和基准换能器单元分别对应的回波数据数字化电信号的传播时间之差，对各回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟，包括：

根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总换能器单元数；

定义换能器单元n＝1的换能器单元1为基准换能器单元，换能器单元n＝n’的换能器单元n’为其他换能器单元，n’∈[2，N]；t_1x为基准换能器单元1到采样点x的声波传播时间，t_n’x为其他换能器单元n’到采样点x的声波传播时间；根据t_n’x和t_1x的差值对每个换能器单元的采样点对应的回波数据数字化电信号插入初始聚焦延迟。

10.根据权利要求9所述的相控阵接收动态聚焦补偿系统，其特征在于：

所述初始聚焦延迟T_nI＝t_max-(t_nx-t_1x)，其中，t_max为t_nx中的最大值；

所述启动补偿延迟T_BC＝2×t_1x/T，其中，定义换能器单元n＝1的换能器单元1为基准换能器，T为采样周期，t_1x为基准换能器1到采样点x的声波传播时间；

所述预设位置的确定，包括：

S501、根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总换能器单元数；

S502、定义T为采样周期，采样点x为初始聚焦点，换能器单元n＝1的换能器单元1为基准换能器单元，基准换能器单元1发射声波经过初始聚焦点x的传播路径为合成线，合成线上初始聚焦点x后第nd个采样点为x^* _nd，nd为初始聚焦点x后的第nd个采样点x^* _nd的编号，nd∈[1，max]，max为总采样点数，t_1x*nd为基准换能器单元1到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，t_1x为基准换能器单元1到初始聚焦点x的声波传播时间；根据t_1x*nd-t_1x＝nd×0.5×T获得合成线上所有采样周期的采样点x^* _nd的t_1x*nd；

S503、判断换能器单元n对应的t_1x*nd-t_1x-(t_nx*nd-t_nx)≥num*T是否成立，num为换能器单元n与采样点x之间对应的回波数据数字化电信号需要插入单位时间延迟的次数，第1次判断num＝1，t_nx*nd为换能器单元n到初始聚焦点x后第nd个采样点x^* _nd的声波传播时间，

S504、若成立，则点x^* _nd记为需插入单位时间延迟的采样点，点x^* _nd对应的nd记为预设位置，将点x^* _nd对应的nd存入用于记录需插入单位时间延迟的预设位置的数组An中，再对num加1，并将值赋给num，即num＝num+1，继续执行步骤S503；

S505、若不成立，则对nd加1，并将值赋给nd，即nd＝nd+1；判断nd是否小于或等于max，若是则执行步骤S503，否则结束；

所述预设位置经过离线计算得出；

所述根据超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，获得换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，n∈[1，N]，N为总换能器单元数；包括：

S701、获得超声波相控阵无损检测系统中探头斜楔的楔块参数、探头参数和聚焦参数，其中，所述楔块参数包括楔块角度ω，第一换能器单元的高度H₁和楔块内声速v₁，所述探头参数包括孔径单元个数M和单元芯距ρ，所述聚焦参数包括试件半声程焦距L，被测物入射角β和被测物声速v₂，所述第一换能器单元为距离楔块角度ω最近的换能器单元，

S702、根据斯涅耳定律计算与试件给定入射角β对应的楔块内入射角α，

α＝sin^-1[(v₁×sinβ)/v₂]，

S703、计算超声波相控阵无损检测系统中基准换能器单元的中点高度E_h，所述基准换能器单元为设置在各换能器单元的中心位置的换能器单元，

E_h＝H₁+[ρ×(M-1)/2]×sinω，

S704、计算主声束楔块内声程P，P＝E_h/cosα，

S705、计算主声束入射点至所述第一换能器单元的水平距离l₁，

l₁＝[ρ×(M-1)/2]cosω+E_h×tanα，

S706、计算采样点x的位置，定义采样点x的水平位置为X’，采样点x的深度为Z，

Z＝L×cosβ；X’＝L×sinβ+l₁，

S707、计算采样点x到基准换能器单元的声波传播时间t，t＝L/v₂+P/v₁，

S708、计算换能器单元n的高度H_n，H_n＝H₁+ρ×(n-1)×sinω，

S709、根据Z×tanβ_n+H_n×tanα_n+ρ×(n-1)×cosω＝X’，α_n＝sin^-1[sinβ_n×(v₁/v₂)]；用数值方法解出换能器单元n的折射角β_n和折射角β_n对应入射角α_n，

S710、计算换能器单元n到采样点x的声波传播时间t_nx，

t_nx＝H_n/(cosα_n×v₁)+Z/(cosβ_n×v₂)。