全聚焦法改进相控阵超声成像

在非破坏性测试（NDT）行业中具有重要的技术进步，具有全部聚焦方法（TFM）能干的检测装置更为常见。在分阶段阵列超声波检测（PAUT）技术方面，TFM方法代表了一步向前阶跃。然而，TFM及其与完整矩阵捕获（FMC）的关系仍然对某些PAUT从业者令人困惑，以及传统PAUT和TFM / FMC处理之间的差异。

本文为熟悉PAUT成像的人提供了对TFM成像的基本介绍。与超声波模式转换相关的方面在此处留在这里，以保持简洁和清晰。

传统PAUT和TFM之间的根本差异

两者都使用多元素探头Paut和TFM.那它在试验片中发出脉冲超声波并记录回波的时间迹线（波形）。然后通过组装这些波形来制造被检查的片中的反射器图像。可以将超声图像视为称为帧的一堆子图像。以不同角度捕获的扫描（幅度与时间）的布置构成了PAUT中的扇形扫描。

在扇区扫描的定义中，个人A扫描充当框架。这些帧以最快的方式处理，可以使用PAUT策略实时显示和刷新全局图像。

信号采集和帧处理的策略是传统PAUT和TFM之间的基本差异。

传统PAUT成像

这里使用S扫描来展示PAUT中的帧采集过程。S扫描由对应于在该部件中的各个角度捕获的扫描的单个帧组成。一组元素，称为孔径，火和在收购期间的同时记录。

为了引导超声光束在所需的角度，并将其聚焦在所需的深度，每个元件都有一个延时。然后使用折射角度和聚焦深度来定义每一帧。这意味着组成全局图像的离散角度的数量就是要获取的帧的总数。

PAUT需要有限的收购，这是有利的。单个发射器的材料中的“物理求和”声学幅度导致透射光束。

前端电子器件的快速求和容量用于合成获得接收光束，这意味着通过PAUT获得的图像可以非常快速地显示。PAUT的一个缺点是帧仅聚焦在恒定深度。与出现在焦区中出现的相同反射器相比，位于焦点区域外面的反射器出现模糊，略大。

采用全聚焦法(TFM)解决了这一问题。振幅通过TFM在多个深度的焦线上显示，在各处产生高分辨率的图像，而不仅仅是在单一的深度线上。

FMC-收购战略

图像信用：奥林巴斯科学解决方案

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TFM-Image重建

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如果PAUT采集策略用于全聚焦方法，则生成TFM图像所需的时间将大大增加。使用TFM，生成s扫描所需的离散角度的数量远远低于构成图像的像素数量。

作为示例，S扫描将扫描100个角度的S扫描需要100个获取，而100×100像素的TFM图像需要10,000个获取。

如图2所示，另一种获取策略用于避免这个问题，即帧被计算为后处理。该策略需要一组对应于每个像素位置的焦点定律，以及一组称为全矩阵捕获(FMC)的原始基波。

超声波光束可以在传输和接收中综合产生，并聚焦在每个像素位置，因为这两个元素允许基本波形被延迟并适当相加。因此，生成的图像“无处不在”。

使用FMC获取所有单独的探头元素对之间的所有波形。通过探头的全孔径达到给定探针设计的最佳聚焦结果。这里，为了构建FMC，获取的数量需要等于探测的元素数。

关于探头的每个元素之间的声音传播的所有信息都包含在FMC内，包括接口的反射和漏洞的散射。FMC可用于重建任何类型的PAUT获取，包括扇区扫描，平面波成像（PWI），动态深度聚焦（DDF）等。

使用FMC采集过程生成图像所需的采集次数近似等于PAUT。但是，全部需要显着的存储容量，传输带宽和处理能力来存储各个FMC数据集。取决于所使用的设备的电子设备，获得TFM / FMC的结果可能比PAUT慢。

Paut和TFM图像之间的差异的插图在实验案件

PAUT和TFM成像之间的差异通过设置，其中线性相位阵列（PA）探针用于扫描垂直分布在钢块中的相同的侧钻孔（SDH）。

下面呈现的是使用的PAUT S-SCAN（A）和TFM图像（B）使用Omniscan™X3探伤器具有相同的检查配置。

使用20mm（由红色虚线表示）的独特焦距来在S扫描中获取每个帧。位于焦点区域的SDH有类似的幅度和尺寸。

与较短的焦距相比，图像分辨率最佳的区域更大，解释了上述结果。SDHs显得扭曲，并且较大的幅度远离焦点深度。对于所有SDH的尺寸更均匀，需要有几个具有各种焦距的图像。

超声波束聚焦在TFM图像（B）中的每个像素处。如图所示，每个SDHS出现具有最佳分辨率的SDH，并且仅需要单个图像，以适当尺寸的SDH位于较大深度范围内。

然而，对于位于电子聚焦能力的四肢的SDH，仍然观察到横向失真，因为这种失真是PA成像的。

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TFM/FMC收购提供的优势总结

组成图像的帧的性质和数量是TFM和PAUT的主要区别。

框架是一维信号或在Paut中的扫描

而只有实时的前端电子求和作为后处理。此外，在PAUT中，帧的获取和呈现是动态的。

相反，TFM帧是来自每个像素的坐标处的聚焦光束的零维度数据点。与PAUT相比，处理更多的帧。为了在后处理中生产合成聚焦光束，需要FMC采集过程。

与PAUT产生的图像相比，在TFM中以最佳分辨率显示整个图像，其仅在光束的焦点区域中高度分辨。然而，值得注意的是，当使用总关注方法时，电子聚焦容量是从相位阵列成像传输的限制。

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