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全矩阵捕获技术:一种最大限度提升便携式相控阵超声hg7788.com|免费注册设备功能的新技术
发布:kittyll?? 时间:2019/4/18 12:02:38?? 阅读:1443?
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便携式相控阵超声hg7788.com|免费注册系统进入市场已经将近20年了,如今随着科学技术的发展,最新一代的相控阵超声hg7788.com|免费注册工具能够提供更好的振幅分辨率、更快的数据采集速率,而且还搭配了先进的数据分析软件包,其优秀的计算和数据分析能力也使无损hg7788.com|免费注册人员能够进行更为复杂的hg7788.com|免费注册,而这些新技术曾经一度都被认为是遥不可及的。

在众多新技术中,今天我们来着重谈谈全矩阵捕获(Full Matrix Capture,FMC)技术。这是一种数据采集策略,对于给定的超声相控阵换能器,FMC能够利用相控阵超声捕获到每个可能的发射-接收信号组合。这种技术可以有效提高hg7788.com|免费注册的可靠性,有效减少重复扫描的次数,要知道的是,多次重复扫描会浪费大量的成本和时间。

工作原理

相控阵超声hg7788.com|免费注册系统一般会使用具有多个元件(通常为16~64个)的探针,这些探针由计算机通过特定的延迟定律以高度受控的方式进行激发,在信号接收之后,将每个元件的贡献相加产生一个A扫描。

相控阵超声hg7788.com|免费注册仪器可以产生聚焦的超声波束,而且还可以使其具有不同的转向角,这能够有效简化和改进对具有复杂几何形状的零部件及不同材料的hg7788.com|免费注册,这类零部件通常都比较难hg7788.com|免费注册,因为不同部位或材料的声学特性各不相同。

需要注意的是,使用相控阵超声hg7788.com|免费注册技术,一个发射脉冲和一个接收信号就可以产生一个A扫描。而对于FMC,探针中的每个阵列元件是依次被用作单个发射器,但所有阵列原件可以同时用作接收器。通过捕获和存储阵列中每个收发组A扫描信号,可以为任何给定的聚焦/光束(光圈、折射/倾斜角度、聚焦位置)生成超声波图像,再应用最新的后处理算法就可以为hg7788.com|免费注册人员呈现出最佳的hg7788.com|免费注册结果。而且,FMC数据集可以多次处理,利用不同的重构参数得到不同的结果。

举一个关于总聚焦法(TFM)的例子,这是一种高级的处理算法,它使用FMC技术收集数据来生成像素帧,其中每个像素都使用专用的聚焦法则进行计算,这导致每个像素都有一个焦点(从理论上讲,每个像素都是完美聚焦的)。通过硬件和软件的正确组合,FMC和TFM联合成为了处理和重建数据进行缺陷表征的强大工具。

数据存储量

为了更好的理解FMC期间获取的数据量,可以参考以下示例:

假设一个探针具有n个元件,那么,它会形成脉冲n次(每个元件一次),这意味着超声脉冲的声学传播时间会发生n次。由于对每个脉冲进行一次基本A扫描都是数字化的,所以在整个发射周期后收集的基本A扫描的总数为n2。
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图1

当n值为16,32和64时,数据采集量将以如下规模扩展:

? 16元件探针:探针脉冲16次,收集了256个基本A扫描。
? 32元件探针:探针脉冲32次,收集了1024个基本A扫描。
? 64元件探针:探针脉冲64次,收集了4096个基本A扫描。

收集的扫描数决定了数据存储能力,并影响着稍后重新生成图像的能力。所以,即使您不了解所有的技术细节,这里的解释也应该说明了为什么文件大小对FMC来说是一个挑战。

FMC的典型配置采用了当今的很多先进技术。为了提高孔径大小(aperture?size)、波束形成能力和聚焦能力,FMC采用了64单元探针;典型的基本A扫描长度大约是80μs,并且每个扫描都必须具有足够的时间基础。对于通常具有8192个样本的A扫描,其中每个样本2个字节,所以,单个FMC探针位置所需的存储空间为64?MB:4096×8192×2(基本A扫描×样本计数×字节计数),此存储大小适用于沿扫描线的每个探针位置。

FMC所需的存储量(64元件探针最多需要64MB数据存储量)还取决于进一步进行的比例分解。为了获得足够的数据采集速度,仪器数据的吞吐量也必须非常高。例如,要达到30Hz,就需要1.8GB/秒(64MB×30Hz)的数据吞吐量。因此,扫描具有典型分辨率的12英寸管道将为无损hg7788.com|免费注册应用程序生成一个非常大的存储文件:(12英寸×3.1416/0.039英寸扫描分辨率)×64MB=60GB。

巧妙的缩减方式

虽然用于FMC数据采集的硬件和软件需要能够处理大量的A扫描数据,但从管理角度来说,文件大小和数据的积累还是需要尽量的被有效压缩。

考虑FMC发射和接收信号的基础模式,元件组合可以用矩阵表示,行表示触发元件,列表示接收元件。

在图1所示的发射矩阵中,存在具有等效超声路径和特征的一对组合,如A21在路径和信号中等效于A12,而A41在路径和信号中等效于A14。

半矩阵捕获(HMC)是一种旨在分解这些相同路径的技术。通过应用HMC,所需的A扫描数量就会从n2下降到n(n+1)/2。对于每个等效对,只需保留一个元素组合即可,这将减少近一半的数据量,如图2所示。
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图2

FMC数据的处理和再利用

由于每秒会产生大量的数据,目前通常有两种方法来处理FMC数据:

1.使用和丢弃:一些仪器使用FMC数据作为仪器内的单个探头定位,并使用专用高速硬件进行处理。FMC数据被处理并发送到软件以供查看,然后丢弃设备内的数据,以保留可用的空间和速度。

2.传输、保留和再利用:还有一些仪器支持存储FMC数据。但是将数据从仪器传输到计算机上需要高效的数据传输器。FMC数据非常消耗硬盘空间,不过存储了原始A扫描信号,就意味着您可以随时使用不同的重建参数集对其再次进行分析。

FMC技术仍然在不断发展,随着软件和硬件系统的不断进步,未来的FMC技术将能够提供更高的数据传输速率,处理更大的数据文件,并产生更高的信号质量。总之,这是一种非常先进的技术,是相关人员应该详细了解的一门技术。

作者:Daniel?Richard
译者:Vince
译自:qualitymag
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