CN117388370A - 一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法，属于超声无损检测技术领域。针对钢筋混凝土超声检测中存在的声能衰减大、波束指向性差、波形畸变严重等问题，在全聚焦数据成像的基础上，进行混凝土超声阵列检测，引入数字补偿滤波技术抑制低频超声阵列超声探头的频响特性，同时结合时间反转聚焦增强算法与相位相干成像算法完成数据与图像处理，共同提升检测的信噪比和分辨率，最终实现钢筋混凝土结构的高分辨成像。本发明的优点是：围绕全聚焦线性超声阵列检测系统在钢筋混凝土超声检测中的优势，结合不同数据处理与成像算法特点，丰富了混凝土结构质量检测的技术手段，提高了混凝土结构检测信噪比和成像分辨率，具有重要的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明属于无损检测领域，是一种基于全聚焦超声阵列检测成像的方法，具体为一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法。
背景技术
与其他常规检测技术相比，超声检测技术利用超声波能量高、穿透力强、指向性好等优点，易于穿透深层材料，准确定位缺陷，在混凝土质量管理中最为常用。超声检测技术在混凝土检测中的应用研究已有八十多年的历史，早期研究内容局限于超声波声速、衰减、抗压强度等混凝土材料属性；直到20世纪70年代以来，得益于集成电路技术、计算机技术、以及信号处理技术的高速发展，超声检测技术的实用性及应用范围得以发展扩大；目前，超声检测技术可以用于估算混凝土弹性模量、内部空隙、裂纹深度、以及钢筋位置等，表现出了在混凝土检测领域的突出优势，还可用于监测施工过程中的混合材料，确定混凝土的均匀性。超声检测技术以其应用方便、成本合理等优势，在钢筋混凝土无损检测中占据重要地位，被认为是结构质量检测领域中高度科学可靠的方法。
超声脉冲回波法是钢筋混凝土无损检测的一项重要手段，该方法适用于无法接触到钢筋混凝土结构的对侧或相邻侧的情况下，在测试混凝土物体时，基于超声脉冲回波法的设备可以在不同区域和深度显示其内部结构。超声脉冲可以通过单通道或多通道压电探头进行传输和接收，该方法原理如下：脉冲发生器向发射阵列超声探头激励电脉冲，发射阵列超声探头将电脉冲转化为超声脉冲，向混凝土内部发射，超声波在混凝土内传播时，会被混凝土内部的骨料、钢筋或缺陷等物质反射，反射回波被接收阵列超声探头接收，再由接收阵列超声探头将超声波转换为电信号。超声脉冲回波法通常用于检查钢筋混凝土是否存在结构裂纹、气孔或夹杂渣，它借助超声换能器在钢筋混凝土表面一侧发射超声波，通过声波在混凝土中的传播特性，如速度、振幅、衰减、频率和能量等，根据同一侧接收到的回波信号来实现混凝土内部结构的有效评估，是在已知混凝土内部声速的情况下，检测其厚度、空洞、蜂窝状结构、钢筋位置等。
从早期的单频率、单角度检测发展到如今多角度、多模态、全波束检测模式，脉冲回波法使得钢筋混凝土超声探伤效率与精度进一步提升。我国对于这方面的研究起步较早，当前研究工作主要集中在优化检测灵敏度、新型探头开发、提升信号与图像处理技术等方面，旨在解决以下检测难点：
(1)超声能量衰减大。钢筋混凝土内部声学界面多样，部分界面会频繁出现反射、折射等现象，致使声能损耗较大；加上声波在传播扩散过程中，由于材料的粘滞性及与介质之间的摩擦，使机械振动转化为热能而耗散。
(2)波束指向性差。钢筋混凝土的多孔性和不均匀性导致超声波在传播过程中发生杂乱的散射、波形转换等现象，波束受到干扰，致使方向性变差，声波传播路线发生偏离。
(3)波形畸变严重。且混凝土声场中的任意一点，都存在着一次声波与二次声波，换能器接收到的回波信号其实是两次声波的叠加，叠加会使接收信号变大，使波形畸变。
简言之，钢筋混凝土超声检测的关键问题是混凝土中包含的钢筋、骨料会对超声传播造成强烈衰减，多种声学界面使超声波在传播过程中频繁出现折射、反射等现象，产生大量杂波，不利于损伤的识别和判断。针对以上问题，本文将围绕全聚焦成像技术，进行混凝土超声阵列检测，结合信号处理与图像处理进行成像算法改进，实现钢筋混凝土高分辨成像。
发明内容
本发明的目的是针对钢筋混凝土超声检测存在的成像效果差，信噪比低等问题，基于超声波在钢筋混凝土内的传播特点，提出一种高分辨组合成像方法，结合信号处理与图像处理技术，形成一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法，能够有效提升钢筋混凝土检测的信噪比与分辨率，实验结果验证了所提算法应用于钢筋混凝土检测可行性，可为钢筋混凝土探伤领域的发展和应用提供参考。
本发明采用的技术方案如下：一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法，其特征在于方法步骤如下：
步骤一：浇筑钢筋混凝土试块进行探测；
步骤二：探测前采用穿透法测量超声波在钢筋混凝土试块中的传播声速，分别对钢筋混凝土试块高阶、低阶表面采用6个阵元的阵列超声探头检测，各阵列超声探头接触排列，控制6个阵列超声探头依次激励电信号，左右区域依次进行成像数据采集；
步骤三：将阵列超声探头看作一个线性时不变系统，数据采集后，通过建立数字补偿滤波模型，消除阵列超声探头振铃对孔径信号的影响；
利用水浸实验采集阵列超声探头的输入输出数据，借助MATLAB中的系统辨识工具箱函数，根据公式(1)得到阵列超声探头线性时不变系统的转移函数H(z)：
式中，H(z)为阵列超声探头系统的转移函数，Y(z)和X(z)分别为输出和输入信号z变换结果，a(i)与b(i)为决定线性时不变系统性质的常系数，其中i表示转移函数H(z)的阶数，一般阶数越大描述越准确，但是计算量也相应增加，所以通常情况下需要根据实际情况选定；
根据公式(2)求得转移函数H(z)的逆系统H0(z)：
H0(z)＝1/H(z) (2)
将H0(z)加入到线性时不变系统后面进行补偿滤波，在计算数字补偿滤波模型时，发现阶数选8阶时效果较好，计算量也可以接受；
步骤四：在数据信号补偿滤波的基础上，对检测信号进行时间反转处理；
进一步分析反向加载后重新激发的信号在缺陷处反射回来被阵列超声探头再次接收的过程，借助MATLAB软件，通过数字信号处理的方法实现信号的聚焦增强，具体过程为：
假设阵列超声探头发出的激励信号为x(ω)，由第i个阵列超声探头接收的路径传递函数为hi(ω)，i＝1,2,3...，阵列超声探头接收到的检测信号表示为：
di(ω)＝x(ω)·hi(ω) (3)
式中，di(ω)为阵列超声探头接收到的检测信号，ω为频率；
对检测信号在时域内做反转，相当于在频域内取共轭，处理后的检测信号表示为：
式中，x*(ω)和hi *(ω)分别信号x(ω)和hi(ω)的共轭，则d* i(ω)表示第i个阵列超声探头接收到的缺陷信号的时间反转处理信号。
将各探头时间反转处理信号重新激发后，在缺陷处接收到的信号可以表示如下：
最后，由接收阵列超声探头再一次接收反射回来的缺陷增强信号，表示为：
式中，Dj(ω)为接收阵列超声探头接收反射回来的缺陷增强信号；hj(ω)表示由第j个阵列超声探头接收的路径传递函数；
对公式(6)的做进一步处理，在公式(6)两端同时乘以x(ω)·x(ω)，得：
式中，dj(ω)表示第j个阵列超声探头接收到的缺陷信号，D’j(ω)为由x*(ω)·x(ω)·x(ω)作为激励信号的时间反转增强信号；处理后信号缺陷波幅值自0.41升至0.62；
步骤五：引入相位相干成像算法进行图像加权，通过提取探头检测信号的相位信息，构建表示成像中各像素点相位分布特征的相干因子，通过相干因子矩阵对图像进行动态加权处理，放大探头检测信号的相位对图像各像素点幅值的贡献；采用循环相干因子来表征探头检测信号相位分布，实验中分别提取处理前后图像中各个缺陷位置的水平像素幅值，根据公式(8)计算缺陷信噪比：
式中，SNR为缺陷信噪比，Vs和Vn分别为缺陷信号波峰幅值与噪声幅值，Vn取噪声幅值最高处；
步骤六：对经过上述处理后的检测信号进行全聚焦成像处理，以阵列超声探头扫查方向为x轴，声波传播方向为z轴，假设被检区域声速为c，第i个超声阵列超声探头为发射阵列超声探头，坐标为(xi,0)，第j个超声阵列超声探头为接收阵列超声探头，坐标为(xj,0)，反射点p的坐标为(xp,zp)，发射阵列超声探头i发射的超声波经反射点p反射后由接收阵列超声探头j接收所经历的时间为t(i,j)，用公式(9)表示：
反射点p的幅值S(xp,zp)公式(10)表示：
式中，H(i,j)为阵列超声探头i激励，阵列超声探头j接收的孔径回波信号，对钢筋混凝土内部每个反射点依次进行聚焦，得到整个成像区域的信号反射图，实现对结构内部的高分辨成像。
其中步骤一中，浇筑钢筋混凝土试块长800mm、宽400mm、高800mm，内部按照钢筋混凝土结构等间距铺设直径为10mm的钢筋，同时在混凝土结构内部设置两个边长为20mm和30mm的正方形空气缺陷，分别埋深205mm、260mm，一个直径为50mm的圆形空气缺陷，埋深475mm。
其中步骤二中，传播声速经过多次测量后取平均值为4050m/s；各阵列超声探头接触排列设置为阵列超声探头间隔即阵列超声探头直径40mm，激励信号中心频率为50kHz；数据采集过程如下：1号阵列超声探头主机控制信号发射接收器产生激励信号，经由多通道信号转换器与发射阵列超声探头向钢筋混凝土试块内部发射超声波，产生的回波信号被包括1号阵列超声探头在内的所有阵列超声探头接收储存，依次进行其他阵列超声探头直到6个阵列超声探头全部完成激励，共可接收到6×6个孔径数据。
其中步骤三中，数字补偿滤波模型计算时需要注意阶数的选择，偏大或偏小都会对数字补偿滤波模型估计造成极大误差，经多次计算和分析比较，选阶数8阶可满足系统建模要求，且误差在可接受范围内，建立数字补偿滤波模型后，对接收信号的第一个波包进行补偿。
其中步骤四中，对检测信号进行时间反转处理过程如下：阵列超声探头接收到钢筋混凝土试块内部传播过来的响应信号后，对接收信号在时域内进行时间反转处理，由相应阵列超声探头重新激发，按照时间反转聚焦原理，激发出去的信号在缺陷处得到聚焦并增强；最后，由接收阵列超声探头再一次接收反射回来的增强缺陷信号，获得新的、高幅值的缺陷回波信号。
其中步骤四中，在实际情况下，受制于实验设备与信号精度，物理上实现时间反转过程比较困难，因此本发明根据时间反转原理，结合线性超声阵列的检测特点，对检测信号的时间反转过程进行推导，再进一步分析反向加载后重新激发的信号在缺陷处反射回来被阵列超声探头再次接收的过程。由于信号有共同的波源x(ω)，TRM处理后在各自对应的阵列超声探头重新激发，便可实现信号在缺陷处的自适应增强；由声场互易性原理可知，各接收阵列超声探头到发射阵列超声探头的路径传递函数与发射阵列超声探头到各接收阵列超声探头的路径传递函数相同，由信号处理理论可知，一个函数与其共轭的乘积是一个正的实偶函数，且其值成几何倍数增长，则缺陷处的信号X(ω)能得到一个增强的波峰幅值。通过上述处理，缺陷处的信号因聚焦而增强，信号幅值得以提升。然而由于传递函数未知，需要对式(6)的做进一步处理，对比分析x*(ω)·x(ω)·x(ω)与x(ω)两个激励信号，发现它们具有相同的频域特征，且相位特点一致，仅存在幅值差异，对后续处理并无影响，处理后信号缺陷波幅值自0.41升至0.62，提升近3.6dB。
其中步骤五中，为进一步抑制结构噪声、提升检测信噪比，在上述成像结果的基础上，引入相位相干成像算法进行图像加权。循环相干因子矩阵基于孔径信号的相位标准差而构建，值域为[0,1]，在其定义域内连续；本发明采用循环相干因子来表征信号相位分布，该因子能在有效抑制结构噪声的同时，保留缺陷处的幅值，加权灵敏度适中，不会出现过度加权损失图像细节或者加权能力不足残留较多噪声的情况；为直观显示时间反转算法与相位相干成像算法的信噪比提升效果，分别提取处理前后图像中缺陷3处的水平像素幅值。处理前缺陷处幅值为0.532V，噪声幅值为0.436V；时间反转算法处理后缺陷幅值升至0.586V，噪声幅值降至0.412V，信噪比提升1.4dB；相位相干成像算法处理后缺陷幅值升至0.780V，噪声幅值降至0.045V，信噪比提升23.1dB。
本发明与现有技术相比具有的特点是：
(1)全聚焦算法由合成孔径技术衍生而来，是一种更为先进的延时叠加算法。全聚焦算法以线性阵列超声一发多收模式代替了合成孔径技术的自发自收模式，利用同样数量的超声阵列超声探头能获得更多的孔径检测信号，在缺陷处聚焦更多回波信号，单个回波信号中的随机噪声能被更有效平均而得到抑制，对于超声在混凝土中的反射与散射有着更好的处理效果，从而提升成像质量，同时凭借算法优势提高了检测灵敏度。
(2)时间反转算法是一种基于声波在介质中传播的物理现象，通过将声波信号在时域内反转并重新发射，实现声波自适应聚焦和检测的方法。与传统超声波聚焦技术相比，时间反转算法具有更高的灵活性和适应性，可实现对复杂介质中缺陷的高精度检测，且无需提前知晓检测系统的介质条件和探头阵列性质。此外，声波信号在介质中反复传播并相互干涉形成的自适应聚焦声波源，可以同时探测到介质中的多个缺陷，并通过处理反演信号来确定缺陷相关信息。
(3)相位相干成像算法放大了重建图像中各像素点的信号相位对振幅的贡献，在本发明中应用效果突出，明显提高了信噪比。该方法能在成像区域形成较窄的光束宽度，并通过增强孔径光束指向性来改善后处理图像的虚拟聚焦效果，它具有较好的稳定性，有助于准确定位缺陷，在工程中具有一定的实际应用价值。
(4)抑制阵列超声探头振铃是数字补偿滤波模型的核心功能之一，通过提高信号的清晰度和分辨率，从而使检测结果更加准确和可靠。在混凝土超声检测中，准确地检测出混凝土中的缺陷和损伤对于确保建筑结构的安全和稳定至关重要。因此，抑制阵列超声探头振铃是混凝土超声检测中一项必不可少的任务。
(5)首先，为降低超声能量衰减，提升检测穿透力，本发明采用50kHz的低频超声信号检测钢筋混凝土，但低频声波波长，声能不集中，容易漏检。因此，为了在低频超声下获得高分辨率的检测结果，研究围绕全聚焦数据成像技术，分析线性阵列检测系统在混凝土超声检测中的优势。并以全聚焦数据成像为基础，探讨高分辨成像方法：针对声波聚焦问题，采用时间反转算法聚焦回波信号；为抑制结构噪声，引入相位相干成像算法进行图像加权；为抑制低频阵列超声探头振铃效应，引入数字补偿滤波技术。本发明结合不同成像技术的算法优势，形成一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法，有效提升了检测成像质量。
附图说明
图1为本发明的钢筋混凝土试块结构示意图。
图2为本发明的全聚焦成像原理示意图。
图3为本发明的全聚焦成像结果图。
图4为本发明的补偿前信号对比图。
图5为本发明的补偿后信号对比图。
图6为本发明的补偿后成像图。
图7为本发明的时间反转处理后信号波形图。
图8为本发明的时间反转处理后信号成像图。
图9为本发明的相位相干成像算法加权后成像图。
图10为本发明的试块直接全聚焦处理后缺陷处水平像素波形图。
图11为本发明的试块经过时间反转和全聚焦处理后缺陷处水平像素波形图。
图12为本发明的试块经过时间反转、相位相干和全聚焦处理后缺陷处水平像素波形图。
具体实施方式
为验证此发明的可行性与有效性，浇筑钢筋混凝土试块进行实验探测。钢筋混凝土试块长800mm、宽400mm、高800mm，内部设有若干个直径为10mm的钢筋、两个边长为20mm、30mm的正方形空气缺陷，分别埋深205mm、260mm，一个直径为50mm的圆形空气缺陷，埋深475mm。钢筋混凝土试块及其示意图如图1所示。
实验前采用穿透法测量超声波在混凝土中的传播声速，多次测量后取平均值为4050m/s。建立实验系统分别对混凝土高、低阶表面采用6阵列超声探头检测，各阵列超声探头接触排列，阵列超声探头间隔即阵列超声探头直径，为40mm，阵列超声探头初始距离设为60mm，激励信号中心频率为100kHz，设置完毕后控制6个阵列超声探头同时激励电信号，左右区域依次进行成像数据采集。数据采集过程如下：以1号阵列超声探头为例，主机控制信号发射接收器产生激励信号，经由多通道信号转换器与发射阵列超声探头向混凝土内部发射超声波，产生的回波信号被包括1号阵列超声探头在内的所有阵列超声探头接收储存，依次进行直到6个阵列超声探头全部完成激励，共可接收到6×6个孔径数据。
对采集到的检测信号进行全聚焦成像处理，实验采集的6×6个孔径信号被称为全矩阵信号，对其进行全聚焦算法成像，成像原理如图2所示。以阵列超声探头扫查方向为x轴，声波传播方向为z轴，假设被检区域声速为c，第i个超声阵列超声探头为发射阵列超声探头，坐标为(xi,0)，第j个超声阵列超声探头为接收阵列超声探头，坐标为(xj,0)，反射点p的坐标为(xp,zp)，发射阵列超声探头i发射的超声波经反射点p反射后由接收阵列超声探头j接收所经历的时间为t(i,j)，可表示为：
则反射点p的幅值S(xp,zp)：
式中，H(i,j)为阵列超声探头i激励，阵列超声探头j接收的孔径回波信号。按照上述算法，对钢筋混凝土内部每个反射点依次进行聚焦，就能得到整个成像区域的信号反射图，成像结果如图3所示。
实际检测中为抑制阵列超声探头频响特性对检测信号的影响，本发明提出一种基于数字滤波的补偿方法。首先利用水浸实验采集阵列超声探头的输入输出数据，借助MATLAB中的系统辨识工具箱函数，得到阵列超声探头系统的转移函数，再进一步求得其逆系统，加入到检测系统中进行补偿滤波。模型计算时需要注意阶数的选择，偏大或偏小都会对模型估计造成极大误差，经多次计算和分析比较，本发明选8阶可满足系统建模要求，且误差在可接受范围内。建立补偿模型后，对接收信号的第一个波包进行补偿，补偿前后信号对比如图4和图5所示，补偿后的成像结果如图6所示。
在数据信号补偿滤波的基础上，对检测信号进行时间反转处理。过程如下：阵列超声探头接收到混凝土内部传播过来的响应信号后，对接收信号在时域内进行时间反转处理，由相应阵列超声探头重新激发，按照时间反转聚焦原理，这些激发出去的信号可以在缺陷处得到聚焦并增强；最后，由接收阵列超声探头再一次接收反射回来的增强缺陷信号，从而获得新的、高幅值的缺陷回波信号。
然而在实际情况下，受制于实验设备与信号精度，物理上实现时间反转过程比较困难，因此本发明根据时间反转原理，结合线性超声阵列的检测特点，对检测信号的时间反转过程进行推导，再进一步分析反向加载后重新激发的信号在缺陷处反射回来被阵列超声探头再次接收的过程，借助MATLAB软件，通过数字信号处理的方法实现信号的聚焦增强。时间反转处理后信号波形如图7所示，成像结果如图8所示，缺陷波幅值自0.41升至0.62，提升近3.6dB。
为进一步抑制结构噪声、提升检测信噪比，在上述成像结果的基础上，引入相位相干成像算法进行图像加权。通过提取检测信号的相位信息，构建表示成像中各像素点相位分布特征的相干因子，通过相干因子矩阵对图像进行动态加权处理，放大信号的相位对图像各像素点幅值的贡献。循环相干因子矩阵基于孔径信号的相位标准差而构建，值域为[0,1]，在其定义域内连续。本发明采用循环相干因子来表征信号相位分布，该因子能在有效抑制结构噪声的同时，保留缺陷处的幅值，加权灵敏度适中，不会出现过度加权损失图像细节或者加权能力不足残留较多噪声的情况。成像结果如图9所示。为直观显示时间反转算法与相位相干成像算法的信噪比提升效果，分别提取处理前后图像中缺陷处的水平像素幅值，其中试块直接全聚焦处理后缺陷处水平像素波形图如图10所示，试块经过时间反转和全聚焦处理后缺陷处水平像素波形图如图11所示，试块经过时间反转、相位相干和全聚焦处理后缺陷处水平像素波形图如图12所示。本发明根据以下公式计算缺陷信噪比：
式中，Vs和Vn分别为缺陷信号波峰幅值与噪声幅值，Vn取噪声幅值最高处。
处理前缺陷处幅值为0.532，噪声幅值为0.436；时间反转算法处理后缺陷幅值升至0.586，噪声幅值降至0.412，信噪比提升1.4dB；相位相干成像算法处理后缺陷幅值升至0.780，噪声幅值降至0.045，信噪比提升23.1dB。
本发明基于实验研究，针对钢筋混凝土超声检测存在的难题，提出一种以全聚焦算法为核心的阵列超声高分辨组合成像方法，有效提升了检测质量，明确了算法优势，对钢筋混凝土超声探伤有积极意义。
Claims (5)
1.一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法，其特征在于方法步骤如下：
步骤一：浇筑钢筋混凝土试块进行探测；
步骤二：探测前采用穿透法测量超声波在钢筋混凝土试块中的传播声速，分别对钢筋混凝土试块高阶、低阶表面采用6个阵元的阵列超声探头检测，各阵列超声探头接触排列，控制6个阵列超声探头依次激励电信号，左右区域依次进行成像数据采集；
步骤三：将阵列超声探头看作一个线性时不变系统，数据采集后，通过建立数字补偿滤波模型，消除阵列超声探头振铃对孔径信号的影响；
利用水浸实验采集阵列超声探头的输入输出数据，借助MATLAB中的系统辨识工具箱函数，根据公式(1)得到阵列超声探头线性时不变系统的转移函数H(z)：
式中，H(z)为阵列超声探头系统的转移函数，Y(z)和X(z)分别为输出和输入信号z变换结果，a(i)与b(i)为决定线性时不变系统性质的常系数，其中i表示转移函数H(z)的阶数，一般阶数越大描述越准确，但是计算量也相应增加，所以通常情况下需要根据实际情况选定；
根据公式(2)求得转移函数H(z)的逆系统H0(z)：
H0(z)＝1/H(z) (2)
将H0(z)加入到线性时不变系统后面进行补偿滤波，在计算数字补偿滤波模型时，发现阶数选8阶时效果较好，计算量也可以接受；
步骤四：在数据信号补偿滤波的基础上，对检测信号进行时间反转处理；
进一步分析反向加载后重新激发的信号在缺陷处反射回来被阵列超声探头再次接收的过程，借助MATLAB软件，通过数字信号处理的方法实现信号的聚焦增强，具体过程为：
假设阵列超声探头发出的激励信号为x(ω)，由第i个阵列超声探头接收的路径传递函数为hi(ω)，i＝1,2,3...，阵列超声探头接收到的检测信号表示为：
di(ω)＝x(ω)·hi(ω) (3)
式中，di(ω)为第i个阵列超声探头接收到的检测信号，ω为频率；
对检测信号在时域内做反转，相当于在频域内取共轭，处理后的检测信号表示为：
式中，x*(ω)和hi *(ω)分别信号x(ω)和hi(ω)的共轭，则d* i(ω)表示第i个阵列超声探头接收到的缺陷信号的时间反转处理信号。
将各探头时间反转处理信号重新激发后，在缺陷处接收到的信号表示如下：
最后，由接收阵列超声探头再一次接收反射回来的缺陷增强信号，表示为：
式中，Dj(ω)为接收阵列超声探头接收反射回来的缺陷增强信号；hj(ω)表示由第j个阵列超声探头接收的路径传递函数；
对公式(6)的做进一步处理，在公式(6)两端同时乘以x(ω)·x(ω)，得：
式中，dj(ω)表示第j个阵列超声探头接收到的缺陷信号，D’j(ω)为由x*(ω)·x(ω)·x(ω)作为激励信号的时间反转增强信号；处理后信号缺陷波幅值自0.41升至0.62；
步骤五：引入相位相干成像算法进行图像加权，通过提取探头检测信号的相位信息，构建表示成像中各像素点相位分布特征的相干因子，通过相干因子矩阵对图像进行动态加权处理，放大探头检测信号的相位对图像各像素点幅值的贡献；采用循环相干因子来表征探头检测信号相位分布，实验中分别提取处理前后图像中各个缺陷位置的水平像素幅值，根据公式(8)计算缺陷信噪比：
式中，SNR为缺陷信噪比，Vs和Vn分别为缺陷信号波峰幅值与噪声幅值，Vn取噪声幅值最高处；
步骤六：对经过上述处理后的检测信号进行全聚焦成像处理，以阵列超声探头扫查方向为x轴，声波传播方向为z轴，假设被检区域声速为c，第i个超声阵列超声探头为发射阵列超声探头，坐标为(xi,0)，第j个超声阵列超声探头为接收阵列超声探头，坐标为(xj,0)，反射点p的坐标为(xp,zp)，发射阵列超声探头i发射的超声波经反射点p反射后由接收阵列超声探头j接收所经历的时间为t(i,j)，用公式(9)表示：
反射点p的幅值S(xp,zp)公式(10)表示：
式中，H(i,j)为阵列超声探头i激励，阵列超声探头j接收的孔径回波信号，对钢筋混凝土内部每个反射点依次进行聚焦，得到整个成像区域的信号反射图，实现对结构内部的高分辨成像。
2.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法，其特征在于：其中步骤一中，浇筑钢筋混凝土试块长800mm、宽400mm、高800mm，内部按照钢筋混凝土结构等间距铺设直径为10mm的钢筋，同时在混凝土结构内部设置两个边长为20mm和30mm的正方形空气缺陷，分别埋深205mm、260mm，一个直径为50mm的圆形空气缺陷，埋深475mm。
3.根据权利要求2所述的一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法，其特征在于：其中步骤二中，传播声速经过多次测量后取平均值为4050m/s；各阵列超声探头接触排列设置为阵列超声探头间隔即阵列超声探头直径40mm，激励信号中心频率为50kHz。
4.根据权利要求3所述的一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法，其特征在于：其中步骤二中，数据采集过程如下：1号阵列超声探头主机控制信号发射接收器产生激励信号，经由多通道信号转换器与发射阵列超声探头向钢筋混凝土试块内部发射超声波，产生的回波信号被包括1号阵列超声探头在内的所有阵列超声探头接收储存，依次进行其他阵列超声探头直到6个阵列超声探头全部完成激励，共可接收到6×6个孔径数据。
5.根据权利要求4所述的一种钢筋混凝土结构阵列超声高分辨组合成像方法，其特征在于：其中步骤四中，对检测信号进行时间反转处理过程如下：阵列超声探头接收到钢筋混凝土试块内部传播过来的响应信号后，对接收信号在时域内进行时间反转处理，由相应阵列超声探头重新激发，按照时间反转聚焦原理，激发出去的信号在缺陷处得到聚焦并增强；最后，由接收阵列超声探头再一次接收反射回来的增强缺陷信号，获得新的、高幅值的缺陷回波信号。
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