板材结构大量应用于船舶制造中,焊接是板材连接的主要工艺手段,焊缝质量好坏直接影响船舶航行的安全性,也是保障船舶制造质量的重要环节。而焊缝在焊接过程中不可避免地会产生缺陷,对焊缝缺陷实施有效检测与成像是焊缝质量的重要保障手段。超声相控阵检测技术已经广泛应用于该类焊缝的检测,但由于该项技术在超声激励方式和数据接收方法存在的局限,无法接收到缺陷更加丰富的信息;而基于全矩阵全聚焦的成像方法尽管可以获取缺陷丰富的回波信息,但接收数据量太大,制约了数据处理的实时性。同时,这些检测方法一般采用脉冲超声波激励,相同激励电压下的回波信噪比较小,不利于缺陷的量化评估。为此,论文以编码超声波作为信号载体,将基于有限新息率的稀疏采样方法应用于数据采集环节,极大地减少了采集数据量。考虑到稀疏数据在重构时的时效性问题,将其在FPGA上实现,以提高参数重构实时性,并利用稀疏数据重构参数对缺陷进行了可视化成像,为板材焊缝缺陷检测提供新的方法。论文归纳和总结了板材焊缝缺陷无损检测方法和技术现状,对其特点进行了分析,针对目前超声检测与成像方法技术的局限性,确定了本论文的研究思路和总体构架。介绍了编码超声缺陷检测原理,研究了编码超声产生方法及其性能特点,论文以二进制调频编码作为板材焊缝缺陷检测的激励信号,检测回波经匹配滤波、希尔波特变换后,对其进行了基于有限新息率的稀疏采样,获取了稀疏数据,将回波信号参数重构算法在FPGA上实施,提高了参数重构的时效性。再将获取的缺陷声学特征参数应用于缺陷成像,获取了稀疏数据下的缺陷全矩阵全聚焦图像。并搭建了板材焊缝缺陷编码超声检测试验系统,验证了论文提出方法的性能。具体研究工作和主要结论如下:(1)分析了板材焊缝脉冲超声检测的技术现状、基本原理与方法,采用二进制调频编码作为激励信号,分析了编码超声稀疏采样原理,制定了利用二进制编码超声检测板材焊缝缺陷总体方案。(2)分析了编码超声疏数采样原理,并采用零化滤波器算法对获取的稀疏数据进行了特征参数重构,得到了回波信号的时延与幅值参数。设计了基于FPGA的稀疏数据特征参数快速重构方法,进行了稀疏数据参数重构试验。以一个完整的缺陷回波信号为例,参数重构时效性相比在计算机上用Matlab进行重构提高了约19倍。(3)根据费马定理和斯涅尔定律,给出了解算超声波在楔块和被检测物体内部传播的声程的数学方法,从而求得了全聚焦成像算法所需的时间索引值。结合了从稀疏数据中重构的特征参数,提出了一种基于稀疏数据的全聚焦成像算法,利用稀疏数据中的时延和幅值参数来进行全矩阵全聚焦成像。并进行了稀疏数据全聚焦成像方法的仿真分析,与常规数据全聚焦成像方法进行仿真图像对比,在数据量明显减少的情况下,获取了与常规成像方法质量相当的缺陷图像。(4)针对焊缝缺陷特点,搭建了编码超声检测试验系统,采用了16阵元线阵超声探头,对五种焊缝缺陷:横向裂纹、未熔合、未焊透、气孔和夹渣的回波信号进行稀疏采样与参数重构,并对焊缝中的五种缺陷进行了成像,与相控阵的缺陷检测图像进行了对比分析。检测试验中利用稀疏数据对横向裂纹、未熔合、未焊透、气孔和夹渣这五种缺陷进行了成像,其成像质量评价参量API分别为4.32、5.36、4.78、5.42和6.23,本论文为利用编码超声稀疏采样数据检测焊缝缺陷提供了参考。