相控阵超声成像检测PDF电子书下载

第一章　超声检测原理与超声成像检测技术 3

1.1　超声检测的一般概念 3

1.2　超声成像检测原理和特点 6

1.3　超声成像检测技术的发展和分类 7

1.3.1　扫描超声成像 7

1.3.2　超声全息 8

1.3.3　超声显微镜 10

1.3.4　超声CT 11

1.3.5　ALOK超声成像 12

1.3.6　衍射传播时间技术 12

1.3.7　合成孔径聚焦技术 14

1.3.8　相控阵超声成像 15

1.4　相控阵超声成像数字控制技术 16

1.4.1　相位延时 16

1.4.2　动态聚焦 17

1.5　相控阵超声成像检测研究现状 23

参考文献 26

第二章　相控阵超声成像检测的物理依据 31

2.1 波动方程 31

2.2　连续波声场理论及仿真模型 32

2.2.1　单源换能器的辐射声场 32

2.2.2　阵列换能器的辐射声场 33

2.2.3　矩形阵元辐射声场的快速算法 34

2.3　基于空间冲激响应的脉冲场模型 35

2.3.1　辐射声场模型 36

2.3.2　散射场模型及相控阵超声成像仿真模型 37

2.3.3　空间脉冲回波响应 38

2.3.4　阵元空间冲激响应的计算 39

2.4　相控阵超声波束的时空控制 39

2.4.1　声束的偏转 40

2.4.2　声束的聚焦 40

2.4.3　聚焦声束的偏转 41

2.4.4　二维阵列换能器的声束控制 42

2.5　相控阵超声成像检测的声学特性 43

2.5.1　空间分辨率问题 43

2.5.2　伪像问题 45

参考文献 47

第三章　相控阵列换能器的理论分析与设计 49

3.1　二维相控阵列的设计准则 50

3.2　二维相控阵列的参数分析与设计 52

3.2.1　阵元间距的分析 52

3.2.2　阵元大小的分析 54

3.2.3　阵元数目及阵列孔径的分析 54

3.3　二维相控阵列的总体设计准则及方法 56

3.4　二维相控阵列性能分析 56

3.4.1　方孔径阵列的声学特性分析 57

3.4.2　圆孔径阵列的声学特性分析 59

3.4.3　圆孔径变迹阵列的声学特性分析 60

参考文献 62

第四章　基于统计学方法的二维随机稀疏阵列设计及优化 65

4.1 问题的提出与背景 65

4.2　二维稀疏相控阵列的设计方法 66

4.2.1　不等间隔非周期型阵元分布 66

4.2.2　基于统计学方法的二维稀疏阵列的设计 68

4.3　稀疏阵列连续波声场的统计学分析 68

4.3.1 稀疏阵列旁瓣特性的研究 70

4.3.2　稀疏阵列主瓣特性的研究 71

4.4　稀疏阵列的声学特性分析 71

4.4.1 圆孔径满采样参考阵列的性能分析 72

4.4.2　稀疏阵列的性能分析 73

4.5　稀疏阵列阵元分布的遗传算法优化 75

4.5.1　遗传编码原理 76

4.5.2　适应度函数的设计 77

4.5.3　稀疏阵列遗传算法优化中的参数控制 78

4.5.4　优化实验结果及分析 79

4.6　成像仿真实验 82

4.7　参考阵列的选取 83

4.8　本章小结 86

参考文献 86

第五章　二维周期型稀疏阵列 89

5.1　一维周期型稀疏阵列的设计 90

5.1.1　有效孔径的概念 90

5.1.2　一维周期型稀疏阵列的孔径设计策略 92

5.2　二维周期型稀疏阵列的设计 94

5.2.1　二维有效孔径 94

5.2.2　二维周期型稀疏阵列的孔径设计策略 94

5.3　二维周期型稀疏阵列的性能分析 99

5.3.1　二维周期型稀疏阵列仿真分析条件 99

5.3.2　二维周期型稀疏阵列的性能仿真结果 100

5.4　讨论 105

5.5　结论 105

参考文献 106

第六章 稀疏阵列的（MRLA+GA）设计法 109

6.1 最小冗余度阵列和遗传算法结合（MRLA+GA）设计一维稀疏阵列 109

6.1.1　最小冗余度阵列简介 109

6.1.2　计算机求解最小冗余度阵列的方法 110

6.1.3　一维稀疏阵列设计结果、分析和实验验证 111

6.2　最小冗余度阵列和遗传算法结合（MRLA+GA）设计二维稀疏阵列 115

6.2.1　设计的思路与方法 115

6.2.2　实验验证 117

参考文献 119

第七章　子阵合成相控阵 121

7.1　子阵合成相控阵 121

7.1.1　合成孔径技术的启示与子阵合成相控阵方法的提出 121

7.1.2　子阵合成相控阵中子阵划分方案的确定 124

7.2　模拟实验验证 132

参考文献 134

第八章　二维相控阵列的声场控制模式 135

8.1　单焦点扫描声场模式 135

8.2　多焦点直接合成声场模式 136

8.2.1　基于伪逆矩阵的声场合成算法 136

8.2.2　声强增益的优化 137

8.2.3　激励向量的优化 139

8.3　超声成像检测的声场模式 140

8.3.1　实时三维超声成像的扫描方式 140

8.3.2　检测声场纵向模式 142

8.3.3　检测声场横向模式 146

8.4　高强度聚焦超声HIFU的声场模式 147

8.4.1　热疗场的声场模式 147

8.4.2　二维阵列热疗场的声场模式仿真 148

8.5　本章小结 153

参考文献 153

第九章　混频相控阵 157

9.1　相控阵超声激励频率优化 158

9.1.1　对比度分辨率分析 158

9.1.2　超声衰减特征 158

9.1.3　阵元带宽的影响 162

9.1.4　相控阵列的频率优化 163

9.1.5　实验研究 170

9.2　混频相控阵简介 173

9.2.1　混频相控阵的提出 174

9.2.2　激励向量优化 175

9.2.3　混频相控阵的本质及实现 179

9.2.4　仿真实验 184

9.2.5　实验研究 186

参考文献 192

第十章　相控阵超声成像检测自适应信号补偿技术 197

10.1　声束的相位畸变模型 198

10.1.1　超声信号的畸变 198

10.1.2　声束畸变原因分析 199

10.1.3　相位偏差分析模型 205

10.2　基于相关分析法的相位偏差矫正 207

10.2.1　超声信号的相关分析法 208

10.2.2　邻近相关分析方法 210

10.2.3　集总相关分析方法 218

10.2.4　混合相关分析方法 223

10.3　超声信号幅度畸变及其补偿方法 228

10.3.1 超声信号幅度畸变模型 228

10.3.2　超声信号幅度畸变补偿方法 231

10.3.3 幅度畸变的自适应补偿算法 233

10.3.4　实验结果 235

10.4　超声信号畸变补偿算法的改进 236

10.4.1　声束合成信号的快速重构 236

10.4.2　检测信号的补偿 239

10.4.3　实验结果 243

10.5　基于自适应信号补偿的相控超声检测与目标分辨 244

10.5.1　基于自适应信号补偿算法的相控超声检测 244

10.5.2　主声束域中存在多个缺陷时的目标分辨 249

10.5.3　人工缺陷试块上的自适应相控超声检测实验 252

10.5.4　小结 253

参考文献 253

第十一章　数字相控阵超声成像检测系统 257

11.1 数字相控阵超声成像检测系统的方案设计 257

11.2　数字相控阵超声成像检测硬件系统 260

11.2.1　超声发射电路的设计分析 260

11.2.2　相控阵超声接收通道 266

11.3　相控阵超声成像检测系统的同步与相位控制 273

11.3.1 相控阵超声成像检测系统同步方案 273

11.3.2　相控阵超声成像检测系统相位控制设计 276

11.4 数字相控阵超声成像检测系统独立通道数的优化选择 282

11.4.1 系统独立通道数与系统空间分辨率 282

11.4.2　系统独立通道数与系统对比度分辨率 287

11.5　数字相控阵超声成像检测系统模／数转换环节的设计 287

11.5.1 系统模／数转换速度选择 287

11.5.2　系统模／数转换精度研究 291

11.6　数字声束合成技术 292

11.7　影像显示技术 292

11.8　数字相控阵超声成像检测系统的软件 292

参考文献 296

第十二章 自适应聚焦相控阵超声成像检测 297

12.1 超声成像检测声束聚焦控制技术 297

12.1.1　超声成像检测声束的几何聚焦控制 297

12.1.2　超声成像检测声束的电子聚焦控制技术 298

12.2　相控阵超声成像检测中的自适应聚焦技术 299

12.2.1　相控阵超声自适应聚焦方法的分析 300

12.2.2　相关法时间延迟估计 301

12.2.3　声束偏转自适应聚焦 315

参考文献 319

第十三章　柔性阵列换能器相控阵超声成像检测技术 323

13.1　柔性阵列换能器分析 323

13.1.1　柔性阵列换能器的结构设计 323

13.1.2　柔性阵列换能器阵元间互扰分析 325

13.2　柔性阵列换能器相控阵超声成像检测 327

13.2.1　柔性阵列换能器阵元定位 327

13.2.2　柔性阵列换能器阵元有效检测区域判定 329

13.2.3　柔性阵列换能器相控阵超声成像检测中的自适应聚焦技术 331

13.2.4　柔性阵列换能器相控阵超声成像检测步骤 331

13.3 柔性阵列换能器相控阵超声成像检测实验结果与分析 332

参考文献 333

第十四章　二维阵列相控阵超声三维成像检测技术 335

14.1 二维阵列相控阵超声成像检测技术 335

14.1.1　研究二维阵列相控阵超声成像检测技术的必要性 335

14.1.2　国外二维阵列相控阵超声成像检测研究现状 337

14.1.3　二维阵列相控阵超声成像检测的主要难点 338

14.2　二维阵列相控阵超声三维成像 340

14.2.1　空间波束采样定理的导出和数据扫描方案的确定 341

14.2.2　波束合成简介与波束合成方案选择 346

14.2.3　直接波束合成方案 348

14.2.4　二维阵列相控阵超声三维成像实验 351

14.2.5　低信噪比背景下相关相位校正 353

14.2.6　适合于低信噪比信号的混合相关相位校正 358

参考文献 361

结束语 365