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本書對(duì)超聲全聚焦成像檢測(cè)理論進(jìn)行了介紹，給出了最新的MATLAB 方程和源代碼，采用圖示和MATLAB 實(shí)例相結(jié)合的方式，可使讀者加深對(duì)全矩陣捕捉、延時(shí)疊加、全聚焦圖像重建等概念的理解，還介紹了雙層介質(zhì)全聚焦成像、多模全聚焦成像、相位相干成像、頻域全聚焦成像技術(shù)等，并系統(tǒng)介紹了全聚焦成像技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
本書可供超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員參考，也可作為高等院校無(wú)損檢測(cè)與儀器類相關(guān)專業(yè)本科高年級(jí)學(xué)生和研究生的教材。

前言
具有實(shí)時(shí)全聚焦成像功能的相控陣超聲便攜式儀器于2012年前后問(wèn)世，這標(biāo)志著超聲全聚焦成像技術(shù)自被提出7年后真正開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，超聲全聚焦成像技術(shù)在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域越來(lái)越成熟，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。作為一種先進(jìn)的相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)，全聚焦成像被譽(yù)為相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)中的黃金標(biāo)準(zhǔn)算法，具有成像質(zhì)量高、算法二次開(kāi)發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜檢測(cè)工況。因此，超聲全聚焦成像技術(shù)是超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
現(xiàn)在，無(wú)論在國(guó)內(nèi)，還是在國(guó)外，超聲全聚焦這種新型相控陣成像檢測(cè)技術(shù)均以學(xué)術(shù)論文、儀器說(shuō)明書等形式存在，相關(guān)理論和技術(shù)體系處于碎片化狀態(tài)，沒(méi)有系統(tǒng)介紹這門新型技術(shù)相關(guān)理論的專著和教材，無(wú)形中升高了讀者的學(xué)習(xí)門檻。對(duì)于高等院校本科生和研究生而言，亟需這樣一本書來(lái)深入了解超聲全聚焦成像檢測(cè)技術(shù)。從工程檢測(cè)應(yīng)用方面來(lái)看，由于很多檢測(cè)人員很難深入理解超聲全聚焦成像檢測(cè)技術(shù)，從而使得這一先進(jìn)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)無(wú)法真正發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。
本書通俗易懂，在介紹全聚焦技術(shù)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，相比于文獻(xiàn)中復(fù)雜、難懂的論述，采用圖示和MATLAB代碼解讀相結(jié)合的方式，向廣大讀者詳細(xì)介紹了超聲全聚焦成像檢測(cè)這一新型相控陣技術(shù)的原理、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。希望本書能夠幫助廣大讀者深入了解超聲全聚焦成像檢測(cè)技術(shù)，推動(dòng)無(wú)損檢測(cè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
國(guó)內(nèi)外同行的研究文獻(xiàn)和作者所在南昌航空大學(xué)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的工作為本書的撰寫提供了很好的素材。感謝研究生熊政輝、馬嘯嘯、陳明、程有松、程慎行、方文娜、萬(wàn)智龍、湯露平、冒秋琴、孔慶茹、李昊原等為本書部分資料收集和驗(yàn)證所付出的辛勤勞動(dòng)。
本書的出版得到南昌航空大學(xué)學(xué)術(shù)專著出版資助基金、南昌航空大學(xué)測(cè)控技術(shù)及儀器國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（62161028、51705232、12064001）、江西省杰出青年基金項(xiàng)目（20232ACB214012）、江西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（20212BBE51006）和人才領(lǐng)軍項(xiàng)目（20204BCJL22039）的資助，在此一并表示感謝。
由于筆者水平所限，書中難免有不妥之處，希望廣大讀者提出寶貴意見(jiàn)。
陳堯
于前湖

陳堯，工學(xué)博士，碩士研究生導(dǎo)師，江西省贛鄱俊才支持計(jì)劃青年領(lǐng)軍人才，江西省杰出青年科學(xué)基金獲得者，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì)委員。自參加工作以來(lái)，一直從事超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及儀器方向的教學(xué)及科研工作。講授聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)、工業(yè)超聲檢測(cè)成像技術(shù)、工程材料及力學(xué)性能等本科和研究生課程�？蒲蟹较�?yàn)橄嗫仃嚦暉o(wú)損檢測(cè)技術(shù)、智能化無(wú)損檢測(cè)與儀器，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)7項(xiàng)，主持軍委裝備發(fā)展部慧眼行動(dòng)1項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，省部級(jí)課題3項(xiàng)。曾獲第二十三屆中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)、江西省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)。
盧超，工學(xué)博士、二級(jí)教授，兼職博士生導(dǎo)師，國(guó)防特色學(xué)科帶頭人，江西省主要學(xué)術(shù)學(xué)科與技術(shù)帶頭人，江西省優(yōu)秀研究生導(dǎo)師，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì)副主任委員，中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教學(xué)委員會(huì)委員。歷任南昌航空大學(xué)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任、測(cè)試與光電工程學(xué)院院長(zhǎng)等職，現(xiàn)任南昌航空大學(xué)校長(zhǎng)。講授聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)、智能儀器、超聲成像檢測(cè)等課程�？蒲蟹较�?yàn)闊o(wú)損檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)化檢測(cè)與儀器，發(fā)表學(xué)術(shù)論文160余篇，獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)12項(xiàng)，參與起草國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)。曾獲江西省教學(xué)成果（本科）一等獎(jiǎng)、江西省教學(xué)成果（研究生）二等獎(jiǎng)、江西省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)。

目錄
序
前言
第1章超聲全聚焦成像檢測(cè)概述
1.1全聚焦成像檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介
1.2全聚焦的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
1.3全聚焦的發(fā)展和研究現(xiàn)狀
第2章超聲全聚焦信號(hào)和圖像基礎(chǔ)理論
2.1信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)
2.2超聲檢測(cè)信號(hào)
2.2.1頻率特征
2.2.2脈沖寬度和頻帶寬度
2.2.3顯示形式
2.3超聲檢測(cè)信號(hào)的數(shù)字化
2.3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換
2.3.2采樣
2.3.3量化和編碼
2.4超聲檢測(cè)信號(hào)的圖像化
2.4.1圖像化處理對(duì)超聲檢測(cè)的意義
2.4.2超聲無(wú)損檢測(cè)圖像化的原理
2.4.3偽色彩圖像成像原理
2.5超聲圖像的顯示
2.5.1波形顯示的特點(diǎn)和類別
2.5.2幅值顯示的特點(diǎn)
第3章超聲陣列信號(hào)采集與圖像重建
3.1陣列探頭所發(fā)聲波傳播特征
3.1.1超聲陣列探頭
3.1.2線性陣列探頭波前特征
3.1.3線性陣列探頭聲束指向特征
3.2自發(fā)自收陣列信號(hào)采集
3.3時(shí)距曲線和偏移理論
3.3.1時(shí)距曲線
3.3.2時(shí)距曲線的偏移
3.4延時(shí)疊加原理
3.4.1等時(shí)面
3.4.2陣列信號(hào)能量的分配
3.5延時(shí)疊加圖像重建的實(shí)現(xiàn)
3.5.1合成孔徑聚焦成像
3.5.2重建圖像的顯示模式
第4章全聚焦和相干復(fù)合平面波成像
4.1全矩陣捕捉
4.2全聚焦圖像重建
4.2.1一發(fā)多收時(shí)距曲線
4.2.2全聚焦成像的實(shí)現(xiàn)
4.3平面波陣列信號(hào)的采集
4.3.1陣列探頭平面波的發(fā)射
4.3.2平面波信號(hào)的采集和存儲(chǔ)
4.4相干復(fù)合平面波成像
4.4.1平面波視速度
4.4.2平面波聲傳播時(shí)間
4.4.3相干復(fù)合平面波成像的實(shí)現(xiàn)
第5章全聚焦成像質(zhì)量和圖譜特征
5.1超聲圖像質(zhì)量指標(biāo)
5.1.1分辨率
5.1.2對(duì)比度
5.2重建像素點(diǎn)間隔
5.2.1橫向像素點(diǎn)間隔
5.2.2縱向像素點(diǎn)間隔
5.3陣元參數(shù)
5.3.1陣元數(shù)量
5.3.2陣元間隔
5.3.3陣元的脈沖寬度
5.3.4陣元的中心頻率
5.4平面波發(fā)射有效孔徑
5.5全聚焦圖譜特征
5.5.1體積型缺陷的特征
5.5.2面積型缺陷的特征
5.5.3面積型缺陷定量
5.6定位誤差分析
5.6.1體積型缺陷定位誤差分析
5.6.2面積型缺陷定位誤差分析
第6章雙層介質(zhì)全聚焦成像
6.1聲阻抗界面處的超聲波反射與折射
6.1.1垂直入射時(shí)的反射和透射
6.1.2斜入射時(shí)的反射和折射
6.1.3超聲波傾斜入射臨界角
6.2費(fèi)馬原理
6.3雙層介質(zhì)全聚焦成像技術(shù)
6.4雙層介質(zhì)平面波成像技術(shù)
第7章相位相干成像檢測(cè)技術(shù)
7.1瞬時(shí)相位相干性分析
7.1.1超聲信號(hào)的瞬時(shí)相位
7.1.2全聚焦成像中的瞬時(shí)相位
7.2相位相干因子及相干加權(quán)
7.2.1線性統(tǒng)計(jì)學(xué)相干因子
7.2.2環(huán)形統(tǒng)計(jì)學(xué)相干因子
7.3全聚焦相位相干成像
7.3.1試驗(yàn)設(shè)備與試塊介紹
7.3.2各向同性介質(zhì)全聚焦加權(quán)成像
7.3.3各向異性介質(zhì)全聚焦加權(quán)成像
7.3.4不同相干因子的加權(quán)特點(diǎn)
7.4時(shí)差衍射-相位相干成像
7.4.1時(shí)差衍射-相位相干成像原理
7.4.2時(shí)差衍射-相位相干成像案例
第8章頻域全聚焦成像技術(shù)
8.1頻域合成孔徑聚焦
8.1.1爆炸反射模型和波場(chǎng)外推
8.1.2波動(dòng)方程
8.1.3相位遷移成像方法
8.1.4Stolt遷移成像方法
8.2頻域全聚焦圖像重建
8.2.1雙平方根算子相位遷移
8.2.2波數(shù)域全矩陣數(shù)據(jù)成像
8.3頻域平面波成像
8.3.1平面波Garcia頻域圖像重建
8.3.2平面波相位遷移成像
8.3.3平面波Lu氏頻域成像
8.4頻域成像的特點(diǎn)和應(yīng)用
第9章多模全聚焦成像
9.1反射規(guī)律與反射模式
9.1.1端角反射
9.1.2反射模式
9.2半跨模式全聚焦成像
9.3全跨模式全聚焦成像
9.4多模全聚焦的視圖選擇
9.5多模全聚焦的應(yīng)用場(chǎng)景
9.6多模全聚焦相位相干成像
第10章全聚焦衍生技術(shù)
10.1虛擬源成像技術(shù)
10.1.1虛擬源發(fā)射
10.1.2圖像重建原理
10.1.3虛擬源圖像重建示例
10.2規(guī)則雙層介質(zhì)頻域圖像重建
10.2.1平面波圖像重建原理
10.2.2圖像重建示例
10.3彎曲界面雙層介質(zhì)時(shí)域圖像重建
10.3.1彎曲界面聲傳播路徑
10.3.2彎曲界面量化表征
10.3.3彎曲工件重構(gòu)界面成像檢測(cè)實(shí)例
10.4彎曲界面雙層介質(zhì)頻域圖像重建
參考文獻(xiàn)
結(jié)束語(yǔ)

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