【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】作為現(xiàn)代工業(yè)的基礎技術之一，無損檢測被譽為工業(yè)界的“質量衛(wèi)士”。早在明朝時期，科學技術著作《天工開物》就記載了根據(jù)聲音頻率變化來判斷物體內(nèi)部結構的檢驗方法。當前，超聲檢測因檢測靈敏度高、聲束指向性好、對裂紋等危害性缺陷檢出率高、適用性廣泛等優(yōu)點，在無損檢測領域占有重要的地位。
 

 

　　近日，中國科學院聲學研究所超聲技術中心王沖等人研發(fā)了基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)的全并行計算架構，有效加速了超聲全聚焦檢測(Total Focusing Method，TFM)成像，實現(xiàn)實時成像的無損檢測，可廣泛應用于工業(yè)檢測領域。
 

　　全聚焦檢測是基于超聲全數(shù)據(jù)采集的后處理成像方法，在每一個成像位置均利用完備的檢測信息進行聚焦成像，檢測分辨率和靈敏度顯著高于常規(guī)相控陣檢測技術，被稱為“黃金法則”。由于數(shù)據(jù)量和計算量巨大，長期以來全聚焦檢測無法實時成像，難以應用于實際工業(yè)檢測。國內(nèi)外學者曾采用圖形處理器(Graphic Process Unit，GPU)等計算平臺對TFM算法加速，但受制于傳輸時間消耗和平臺并行化程度，實時TFM成像始終不能達到檢測要求。
 

　　據(jù)此，聲學所超聲技術中心檢測聲學和NDT課題組研發(fā)出相控陣檢測系統(tǒng)，采用現(xiàn)場可編程門陣列，針對TFM算法專門設計了并行計算架構，利用FPGA芯片內(nèi)部的DSP資源對計算結果進行實時數(shù)字信號處理。該計算架構可并行獨立合成多個TFM像素，極大地提高了成像計算效率，同時又能保證成像質量。整個TFM算法可完全在該FPGA架構內(nèi)完成計算，后只需將成像結果傳輸至顯示軟件，即可進行圖像觀察、分析診斷等。在同樣的檢測條件下，相比國內(nèi)外現(xiàn)有的TFM計算方案，基于FPGA的并行計算平臺將TFM計算效率提高了4.3倍，同時大幅降低了TFM成像系統(tǒng)復雜度、軟件計算壓力以及對帶寬傳輸?shù)男枨?。驗證實驗以鋼內(nèi)橫通孔為模擬缺陷，實驗結果顯示，基于FPGA的TFM算法可對橫通孔實現(xiàn)良好成像，成像效率可達312.5Hz。在增加成像區(qū)域和提高成像像素數(shù)量時，計算效率維持穩(wěn)定，具有較好的魯棒性和實用性。
 

　　該研究成果改變了傳統(tǒng)成像計算方式，充分利用了目前高速發(fā)展的可編程集成電路優(yōu)勢，而不再需要處理器進行繁重的疊加運算，顯著提高了TFM成像計算效率，有利于促進超聲全聚焦檢測應用于工業(yè)現(xiàn)場，滿足現(xiàn)代工業(yè)無損檢測的高分辨率、快速自動化檢測需求。
 

　　相關研究成果發(fā)表在《聲學與振動》上，并已申請相關。
 

　　(原標題：聲學所研發(fā)出相控陣檢測系統(tǒng))