超声层析成像检测系统的研究与实现

　　1引言

　　层析成像 CT(Computed Tomography)是指通过物体外部检测到的数据来重建物体内部(横截面)信息的技术，又称为计算机辅助断层成像技术[1]。 它是把不可分割的对象假想切成一系列薄片，分别给出每一薄片上的物体图像，然后再把该系列图像叠加起来，从而得到物体内部图像。 它是一种由数据到图像的重建技术，通过伪彩色图像反映被测材料或制件内部质量，定性、定量分析其缺陷，从而提高检测的可靠性。 层析成像技术创新了探测物质内部结构。 该技术可应用于多种能量波和粒子束，如 X 射线、电子质子、超声波等。

　　CT 应用超声波能量称为超声层析成像 U-CT(Ultrasonic-Computed Tomography)。 早期研究假设超声波在物体内部以直线传播， 利用发射器到接收器之间的时间延迟或振幅衰减，重建物体内部的声速、吸收特性等参数。 但实际超声波具有明显的衍射特征，在界面上具有显著的折射、衍射，因而传播路径复杂，这使得 U-CT 的理论研究和 X 射线层析成像(X-CT)有所不同[2-3]。 获得更清晰的图像检测效果则成为首要问题，因此，这里提出一种超声层析成像检测系统的设计。

　　2超声CT阵列检测方法

　　针对超声层析成像检测中数据提取较困难的特点，为提高精度，在深入研究超声场的特点，结合数字化技术，这里并未采用目前主流的依次排列的一线式布置方法，而是采用环绕式阵列检测方法，如图 1 所示。

　　根据试件形状，将探头阵列按照一定次序捆绑在试件周围，其原则是应均匀布置，这样有利于数据处理过程中网格的划分和射线追踪。 在脉冲信号的控制下，当其中一个作为发射探头时，其余探头作为接收探头，各个探头依次发射超声波信号。 探头的个数由所测试件的大小、测量精度、网格划分情况等因素决定。 采取该布置方法的优点：可实现任意形状试件的检测，具有良好的通用性;获得较精确的检测信息。

　　3基于DSP的超声CT成像系统的总体设计

　　该系统由超声发射接收电路、信号采集、控制电路、信号处理与显示部分组成，如图 2 所示。 整个超声 CT 成像检测系统由数据(声时)采集、数据处理，以及图像处理显示 3 部分构成。 所需设备和元件包括：若干超声发射探头和接收探头;由单片机组成的脉冲控制电路;2 个读写存储器 RAM;2 个由DSP 组成的数字信号处理电路 (分别内置射线追踪程序和反　　演迭代程序),及 DSP 驱动的显示阵列 LCD。

　　超声发射装置是由脉冲控制电路以一定周期发射超声波，接收探头接收信号后，通过高精度计时器得到最小走时矩阵，并存储于存储器 1，从而完成数据采集;由存储器 1 中的最小走时矩阵初步建立(假定超声直线传播)介质内部的慢度矩阵，由慢度矩阵按照射线追踪得到走时路径，存储于存储器 2，按照存储器 1，2 中的信息，经 DSP 处理，完成方程求解，得到最终精确的慢度矩阵，完成该系统的核心功能—数据处理;重建的慢度矩阵转化为灰度值，由 DSP 控制 LCD显示阵列。 最后由工程技术人员对照标准的无缺陷的介质，分析试件，确定有无缺陷，缺陷的位置，大小以及严重情况。