CN106814137A - 一种用于超声层析成像的全向激励方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于超声层析成像系统的全向超声激励方法，通过传感器组的全向激励方式产生全向激励信号，全向激励信号在管道中心汇聚后形成虚拟点源；之后超声信号沿原路径继续传播，此时管道内超声信号分布等效于由管道中心虚拟点源发出的大功率全向超声信号。超声信号在管道内传播的过程中遇到气泡和管内液体形成的气液两相界面时发生反射，最终由超声传感器组进行采集。对采集到的信号进行处理即可得到具有较高质量的检测结果。采用本发明的技术方案，能够大幅提高检测的效率，避免了超声传感器信道切换导致的误差，提高了检测结果的质量，适用于对检测效率和成像质量有较高要求的环境。
Description
技术领域
本发明属于多相流检测领域，涉及一种用于超声层析成像系统的全向超声激励方法。
背景技术
超声层析成像(Ultrasound Computerized Tomography，UCT)技术是将超声波应用于层析成像(Computerized Tomography，CT)技术而形成的一种无损检测技术，该技术使用从试件外部接收到的超声数据定量地解算出超声波在试件内部的传播情况，并反演出试件内部的横截面图像，主要应用于石油化工、医疗诊断、航空航天以及食品工程等领域。对传感器激励方式的优化是UCT系统优化的重要问题和研究方向。
传统的UCT系统传感器激励方式为单个传感器激励，其余传感器接收，并按一定顺序重复此步骤，激励次数与激励传感器的个数有关。为达到较理想的检测效果，UCT系统通常都具有较多的传感器，在循环激励的过程中需要不断更换激励和接收传感器的信号通道，这将导致检测过程的缓慢，大大降低了检测的效率，更换信号通道的过程也将为检测带入更多误差，使检测结果的质量下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，传统的传感器激励方法具有检测效率低下和检测质量较差的局限性，为提高超声层析成像系统检测的效率和成像质量，本发明提供了一种用于超声层析成像系统的全向超声激励方法。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种用于超声层析成像检测系统的传感器全向激励方法，该方法采用传感器的全向激励代替传统的单一激励，包括以下步骤：
步骤S1、传感器组的布置
由16个超声传感器组成超声传感器组，其中每个传感器均具有相同的性能参数且均可独立激励或接收，所有传感器沿逆时针方向等间距布置于管道外壁，传感器表面均平行于管道外壁，且与管道外壁由耦合剂进行耦合。
步骤S2、传感器信号的激励和接收
控制超声传感器1到16处于激励状态，同时向管道发送相同的激励信号，即全向激励信号。全向激励信号在管道中心汇聚，形成虚拟点源，之后的超声信号可以看作是虚拟点源发出的激励信号。待传感器激励信号发送完毕后，控制超声传感器1到16处于接收状态，对管道中传播的超声信号进行接收，并进行信号处理和分析。
作为优选，管道中注满液体，所述液体为水或石油，所述液体含有气泡。
作为优选，16个超声传感器间隔22.5°均匀分布于管壁四周。
相比现有技术，本发明的有益效果如下：
1、通过改变单一传感器激励其余传感器接收，并沿某一方向循环激励和接收的传统方法为所有传感器同时激励和接收的全向激励方法，提高了超声层析成像检测系统的检测效率。
2、通过全向激励的方法避免了传感器在激励信号通道和接收信号通道之间的切换，防止通道切换为检测系统引入新的误差，提高了检测结果的质量。
附图说明
图1本发明的基本装置图；
图2本发明的全向激励示意图；
图3全向激励信号在管道中心形成虚拟点源示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种用于超声层析成像系统的全向超声激励方法，所述超声层析成像系统(UCT系统)包含具有一定壁厚的管道(圆管)，管道中注满液体，液体含有气泡，构成气液两相流系统，所述超声激励方法包括以下步骤：
步骤S1、传感器组的布置
如图1所示，图中1到16为超声传感器，所有超声传感器均具有相同的结构和性能参数，且相互独立，能够进行超声信号的激励或接收，17为检测管道的管壁，管壁材料为金属或非金属材料，18为管道中的球形气泡，19为管道中的液体(水或石油等)。16个超声传感器组成传感器组，间隔22.5°均匀分布于管壁四周，所有传感器表面均平行于管壁，传感器与管壁之间采用耦合剂进行耦合，以减少声波在传感器与管壁间传播过程中的衰减。
步骤S2、传感器信号的激励和接收
如图2所示，进行检测时，首先将由超声传感器1、超声传感器2、……、超声传感器16共16个超声传感器组成的传感器组的工作模式设置为激励模式，同时对16个超声传感器提供激励信号。超声传感器接收到激励电信号后将其转换为超声信号，超声信号在耦合剂的耦合下通过管壁(17)送入管道内部。由16个超声信号组成的全向超声信号在管道中的液体内传播一定距离后在管道几何中心处汇聚，如图3所示，此时管道中心信号幅值最大，形成一个虚拟的超声点源S，之后超声信号沿原路径继续传播，此时管道内超声信号分布等效于由管道中心点源S发出的大功率全向超声信号。传感器组在完成超声信号的激励后，将其工作模式设置为接收模式，超声信号在管道内传播的过程中遇到气泡(18)和管内液体(19)形成的气液两相界面时发生反射，最终由处于接收模式下的超声传感器组进行采集。最后对采集到的信号在时域和频域中进行分析，得到检测结果。
本发明的全向超声激励方法，通过传感器组的全向激励方式产生全向激励信号，全向激励信号在管道中心汇聚后形成虚拟点源；之后超声信号沿原路径继续传播，此时管道内超声信号分布等效于由管道中心虚拟点源发出的大功率全向超声信号。超声信号在管道内传播的过程中遇到气泡和管内液体形成的气液两相界面时发生反射，最终由超声传感器组进行采集。对采集到的信号进行处理即可得到具有较高质量的检测结果。采用本发明的技术方案，能够大幅提高检测的效率，避免了超声传感器信道切换导致的误差，提高了检测结果的质量，适用于对检测效率和成像质量有较高要求的环境。
Claims (3)
1.一种用于超声层析成像检测系统的传感器全向激励方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、传感器组的布置
由16个超声传感器组成超声传感器组，其中每个传感器均具有相同的性能参数且均可独立激励或接收，所有传感器沿逆时针方向等间距布置于管道外壁，传感器表面均平行于管道外壁，且与管道外壁由耦合剂进行耦合。
步骤S2、传感器信号的激励和接收
控制超声传感器1到16处于激励状态，同时向管道发送相同的激励信号，即全向激励信号，全向激励信号在管道中心汇聚，形成虚拟点源，之后的超声信号看作是虚拟点源发出的激励信号；待传感器激励信号发送完毕后，控制超声传感器1到16处于接收状态，对管道中传播的超声信号进行接收，并进行信号处理和分析。
2.如权利要求1所述的用于超声层析成像检测系统的传感器全向激励方法，其特征在于，所述管道中注满液体，所述液体为水或石油，所述液体含有气泡。
3.如权利要求1所述的用于超声层析成像检测系统的传感器全向激励方法，其特征在于，16个超声传感器间隔22.5°均匀分布于管壁四周。
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