介绍
无损检测(NDT)行业正在经历一个重要的技术进步，全聚焦法(TFM)检测设备正在进入市场。TFM方法是相控阵超声检测(PAUT)技术向前迈出的重要一步。然而，一些PAUT实践者可能仍然对TFM及其与全矩阵捕获(FMC)的关系，以及传统PAUT与TFM/FMC处理的区别感到困惑。本应用说明为那些熟悉PAUT成像的人提供了对TFM成像的基本理解。为了简洁和清晰，将超声模式转换的相关方面放在一边。
传统PAUT与TFM的根本区别
在PAUT和TFM中，都使用一个多单元探头在试样中发射脉冲超声波，并记录回波的时间轨迹(波形)。然后这些波形被组装起来，在被检查的工件上产生反射器的图像。超声图像可以看作是一组称为帧的子图像。例如，PAUT中的扇形扫描是由从不同角度捕获的a扫描(振幅对时间)的排列组成的。单个a扫描在扇形扫描的定义中充当帧。PAUT策略包括以尽可能快的速度处理这些帧，实时显示和刷新全局图像。
传统PAUT与TFM的根本区别在于信号采集和帧处理策略。
传统PAUT成像
为了演示PAUT中的帧捕获过程，这里以s扫描为例。s扫描由单独的帧组成，这些帧对应于从不同角度捕捉到的a扫描。在一次采集过程中，一组元件(称为光圈)同时发射和记录。在每个元件上加一个延迟，使超声波波束转向所需的角度，并将其聚焦在工件所需的深度上。每一帧都由折射角度和聚焦深度来定义。因此，需要获取的帧数就是构成全局图像的离散角度的数量。
PAUT的优势在于，它需要的收购数量有限。发射光束是各发射机声幅材料“物理叠加”的结果，接收光束是综合前端电子学快速叠加的结果。因此，通过PAUT获得的图像显示非常快。PAUT的缺点是框架只聚焦在一个恒定的深度。位于焦点区域外的反射器看起来很模糊，比出现在焦点区域内的相同反射器稍微大一些。
全聚焦法(TFM)有助于解决这个分辨率问题。TFM的基本概念是在多个深度的焦点线上显示振幅，从而在任何地方生成高分辨率的图像，而不仅仅是在单个深度线上。
FMC-An采集策略
TFM–图像重构
如果使用PAUT采集策略(即每帧需要一次采集)进行总聚焦，则生成TFM图像的时间将显著增加。在TFM中，组成图像的像素数远远高于生成s扫描所需的离散角度数。例如，扫描100个角度的S-scan需要100次获取，而100×100像素的TFM图像需要10,000次获取。为了避免这个问题，使用了另一种获取策略，其中帧在后期处理中计算，如图2所示。这种策略需要一组对应于每个像素位置的焦点定律，以及一组称为全矩阵捕获(FMC)的原始基本波形。有了这两个元素，基本波形可以延迟和适当地累加，从而综合产生超声波波束，无论是在发射还是接收，并聚焦在每个像素位置。因此生成的图像是“到处聚焦”的。
融合获得所有的波形之间的所有单个双探针元素。完整的探测器孔径通常用作它给给定探针设计的最佳聚焦的结果。在这种情况下,收购构建融合所需的数量等于探测器的元素的数量。融合包含关于每个元素之间的声传播的所有信息的调查,包括界面反射和散射的缺陷。任何类型的PAUT收购可以使用融合重构,包括扇形扫描,平面波成像(预警指示器),动态聚焦深度(DDF),等等。
使用FMC获取过程，生成图像所需的获取次数与PAUT大致相同，但是存储单个FMC数据集需要很大的存储容量、传输带宽和处理能力。根据所用设备的电子特性，获得TFM/FMC结果可能比PAUT慢。
用一个实验案例说明PAUT和TFM图像的区别
为了说明PAUT和TFM成像的区别，提出了一种装置，该装置使用线性相控阵(PA)探头扫描垂直分布在钢块内的相同侧钻孔(SDHs)。
使用OmniScan™X3探伤仪，通过相同的检查配置获得的PAUT S-scan (A)和TFM图像(b)如下图所示。
在s扫描中，每一帧都是使用20毫米的唯一焦距(用一条红色虚线表示)获得的。位于焦点区域的SDHs具有相似的振幅和大小。对于这样的焦距，与较短的焦距相比，图像分辨率最佳的区域更大，这解释了这个结果。距离焦深较远的SDHs出现畸变，且振幅明显较低。为了使所有SDHs的尺寸更一致，需要一些具有不同焦距的图像。
在TFM图像(b)中，超声波束聚焦在每个像素上。正如您所看到的，每个SDHs都具有最佳的分辨率，并且只需要一张图像就可以在较大的深度范围内充分调整SDHs的大小。然而，对于位于电子聚焦能力末端的SDHs，可以观察到横向畸变。这种失真是PA成像固有的，因此仍然存在于TFM图像中。
TFM/FMC采集的优势总结
TFM和PAUT的主要区别在于组成图像的帧数和帧的性质。
在PAUT中，帧是一维信号或a扫描。只有实时的前端电子求和作为后处理，帧被动态获取和呈现。
另一方面，TFM帧是来自聚焦在每个像素坐标上的光束的零维数据点。因此，TFM中要处理的帧数要比PAUT中多得多。在后处理过程中，FMC采集过程需要合成聚焦光束。
TFM的主要优点是，与PAUT生成的图像相比，整个图像的显示具有最佳的分辨率，PAUT生成的图像只在波束的焦点区域有较高的分辨率。在使用全聚焦法时，一个值得注意的限制是电子聚焦能力，这是相控阵成像的局限性。