【摘 要】
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超声过程层析成像（Ultrasonic Process Tomography,UPT）是一种通过超声波与被测物体之间的相互作用重建被测对象内部参数分布的检测技术,具有穿透性强、非侵入、无辐射、可视化等优点,在多相流过程参数检测、工业无损检测和医学成像等方面具有应用潜力。已有的超声层析成像系统存在测量模态单一、灵活性差、测量信息不够全面等问题,导致成像精度较低。为解决上述问题,设计并实现了一套基于相
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超声过程层析成像（Ultrasonic Process Tomography,UPT）是一种通过超声波与被测物体之间的相互作用重建被测对象内部参数分布的检测技术,具有穿透性强、非侵入、无辐射、可视化等优点,在多相流过程参数检测、工业无损检测和医学成像等方面具有应用潜力。已有的超声层析成像系统存在测量模态单一、灵活性差、测量信息不够全面等问题,导致成像精度较低。为解决上述问题,设计并实现了一套基于相控阵技术的超声层析成像系统。具体的研究工作为:（1）设计并实现了一套基于DSP（Digital Signal Processor）和FPGA（Field-Programmable Gate Array）的模块化超声相控阵层析成像系统（Ultrasonic Phased Array Tomography,UPAT）系统。该系统包括主控板卡和16通道超声收发板卡,最多可扩展至8个收发板卡,实现128通道超声并行收发。系统最高激励频率可达20MHz,激励电压幅值最高±50V,采样频率最大65MSPS。针对系统中大量数据的传输问题,采用SRIO（Serial Rapid IO）协议进行板间数据交换,最高带宽10Gbps;系统与上位机间通过USB3.0（Universal Serial Bus 3.0）进行数据通信,最高传输速度300MB/s。（2）针对工业过程中常见的圆形管道物理边界会使相控阵声束聚焦、偏转时延控制产生较大误差以至控制失效的问题,提出一种基于走时相等的超声相控阵声束偏转时延控制方法,达到了圆形管道中动态高精度配置激励声场的目的。（3）推导了基于投影路径的图像重建算法,并对超声相控阵层析成像系统进行实验测试。采用塑料棒和铜棒作为被测对象,开展静态对比实验,采用平面波扫描和探头切换相结合的扫描形式,实现了高精度图像重建。设计的UPAT系统将相控阵技术引入到超声层析成像中,使成像方式更加灵活、获取信息更加丰富,对于开展新型超声层析成像方法研究具有重要意义。
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