超声无损检测成像技术

　　0　引　言

　　Sokolov于20世纪30年代提出了超声波检测的早期研究,在40年代出现的脉冲回波探伤仪器成为超声波检测技术的重要标识。20世纪50年代初,真正用于医学诊断的超声装置问世。60年代末,由于电子技术、计算机技术和信号处理技术的飞速发展,声成像研究恢复了生机。70年代形成了几种较成熟的方法,大量商品化设备上市,在医学诊断中得到极其广泛的应用,在工业材料超声检测中也逐渐得到应用[1]。现在,超声成像检测技术已经在很多领域发挥着重要的作用。

　　1　超声检测成像原理

　　超声成像就是用超声波获得物体可见图像的方法。由于超声波可以穿透很多不透光的物体,所以利用超声波可以获得这些物体内部结构声学特性的信息,超声成像技术将这些信息变成人眼可见的图像。由声波直接形成的图像称为“声像”,由于生理的限制,人眼是不能直接感知声像的,必须采用光学的或电子学的或其他方式转化为肉眼可见的图像或图形,这种肉眼可见的像被称为“声学像”,声学像反映了物体内部某个或几个声场参量的分布或差异。反过来,对于同一物体,利用不同的声学参量,例如声阻抗率、声速或声衰减等,可以生成不同的声学像。

　　2　各种超声成像方法

　　2.1　扫描超声成像[2]

　　扫描超声成像是超声检测数据的视图显示,最基本的超声扫描方式有A-扫描,B-扫描,C-扫描,D-扫描,S-扫描,P-扫描等,它们分别是超声脉冲回波在荧光屏上不同的显示方式。表1是以上扫描方式的显示方法和特点

　　2.2　超声波显像

　　声波是力学波,它会改变传播介质中的一些力学参数,比如质点位置、质点运动速度、介质密度、介质中应变、应力等,液体中还引起辐射压力。利用这些参数变化可以使声波成为可见。1937年,Pohlman制成第一台声-光图像转换器[3]。到目前,最有效而常用的声波显示方法是施利仑法和光弹法。施利仑法的根据是声波导致介质密度变化,而后引起光折射率的改变。光弹法成像原理是超声引起应力,在各向同性固体中,应力产生光的双折射效应,光通过应力区后,偏振将发生变化。80年代,我国著名声学专家应崇福和他领导的小组用动态光弹法系统研究了固体中的超声散射,把这个方法的价值提到了新的高度。在他们的散射研究中,首次目睹了声波沿孔壁爬行,在材料棱边内部的散射和在带状裂缝的散射,还首次窥见了兰姆波和瑞利波,观察了前者在板端的散射,后者绕材料尖角的散射。他们提高了动态光弹法的显示清晰度,80年代前期的光弹照片质量之高在国际上已属罕见。