超聲波全聚焦TFM技術

-Total Focusing Method（TFM）全聚集技術

-Full Matrix Capture（FMC）即全矩陣采集

全聚焦的歷史可以追溯到2004年，話說當年的11月份，C Holmes, B Drinkwater以及P Wilcox等人發表了一篇論文，題目叫“The post-processing of ultrasonic array data using the total focusing method”，翻譯成中文就是”使用全聚焦方法對超聲陣列數據進行后處理“。這也是全聚焦的說法第一次出現在公眾視野，但當時大部分人還只是把它當作是高校的一個研究方向未加重視。

回憶一下2004年的國內檢測設備，當時的普通相控陣檢測技術也才剛剛起步，對普通相控陣的檢測原理、方法和數據分析、現場應用都還處于摸索階段。自然還無暇顧及這種剛出來的全新數據處理方法。

我們來看一下這篇文章里都講了些什么，也許能夠更好地幫助大家了解全聚焦技術的歷史。

首先這篇文章提到了實驗使用了一種后處理算法Total Focusing Method（TFM），即全聚焦方法，該方法將視圖顯示的每一個點都做了聚焦處理，細心的童鞋有沒有注意到一個細節，我們經常提到的全聚焦方法，其實是一種數據處理方法，而不是數據采集方法，那數據采集方法是什么涅？聽我后面再慢慢道來。

這篇文章還比較了全聚焦方法和超聲相控陣方法的差異，指出超聲相控陣方法是對晶片的激發和接收端都做時間延遲，以得到聲束的偏轉或者聚焦，進而可以形成實時的顯示圖像，因而被用于醫學領域中的動態物體的超聲檢測（比如心臟跳動）。而在無損檢測領域，檢測對象通常是靜態的，因而可通過數據離線處理的方式得到全聚焦的圖像。

從這里我們可以理解為TFM全聚焦技術應用是在無損檢測領域，而不是醫學領域，這也打破了此前超聲檢測技術一直是先醫學后工業的老傳統，這是值得我們工業檢測人為之驕傲的地方。但當時的作者可能也沒有想到在16年后的今天，全聚焦技術已經可以做到實時顯示了，那這種技術是否在未來的醫療領域也被應用呢？我們不得而知，未來可期！

前面提到全聚焦指的是數據處理方法，該文章還提到它的數據采集方法是Full Matrix Capture（FMC）即全矩陣采集。使用FMC方法進行數據采集的一個關鍵優勢是它使得采集到的任何一個數據可以進行重新創建和存儲，并可以用于任何一個數據處理算法。同時這種數據采集方法是一般的單晶探頭無法實現的。

使用FMC進行數據采集，之后再使用TFM算法進行數據處理，可以使得顯示區域的每個數據點都聚焦，這也使得TFM算法成為陣列數據處理的金標準（注：該文引用的TFM處理算法出自Karaman等人1995年的一篇文章中），由此可知2004年的這篇文章是第一次將TFM運用于無損檢測行業的，而TFM算法早在90年代就已有之。

文章里還直觀地將幾種數據接收延遲處理類型做了個比較，下面是直觀的示意圖。

圖a顯示的是多個晶片接收延遲一致的時候，多晶片回波合成以后得到的是未聚焦的0度聲束。

圖b顯示的是接收延遲做了聚焦算法處理，回波合成以后得到的是聚焦的0度聲束。

圖c顯示的是接收延遲做了角度偏轉算法處理，回波合成以后得到的是未聚焦的角度偏轉聲束。

圖d顯示的是接收延遲做了角度偏轉+聚焦算法處理，回波合成以后得到的是角度偏轉+聚焦的聲束，而且圖像中的每個像素點都按照此種數據處理方式進行處理，得到的就是全體積內的聚焦圖像，所以此種算法才被叫做TFM全聚焦方法。

更新換代FMC、TFM的超聲波相控陣檢測設備，有5個原因

01

眼見為實

全聚焦方式（TFM）圖像具有很高的清晰度，可使用戶在檢測過程中大受裨益。高級全聚焦方式（TFM）處理工具包括一個可以消除回波和偽影的實時包絡功能，從而增強了探測到難以發現的微小缺陷的性能，如：細小的高溫氫致（HTHA）缺陷。一旦看到了圖像，就很難駁斥其中顯示的結果。

02

全角度覆蓋

通過全矩陣捕獲（FMC）數據生成的全聚焦方式（TFM）圖像不僅具有很高的分辨率，而且還可以正確反映工件的幾何形狀，從而可使用戶更輕松地了解缺陷在工件中的位置和方向。用戶還可以同時觀察最多4種不同傳播模式的全聚焦方式（TFM）圖像，并比較這些圖像。這個功能有助于用戶發現具有異常方向的缺陷。

03

比較和確認

新的高級軟件工具可在檢測之前、之中、之后為用戶提供更多的優勢特性：

• 忘記了您的掃查計劃？ 沒有關系！我們可以在現場使用機載向導實時創建一個掃查計劃。聲束模擬器可以使用戶觀察到聲束，其中包括全聚焦方式（TFM）區域，并在現場根據需要對聲束進行調整。掃查計劃中包含一個聲學影響圖（AIM）工具，這個工具所生成的模型會向用戶表明*高探測靈敏度所在的區域，以及掃查覆蓋不到的區域。

• 在檢測過程中，可以使用“分屏”形式同時顯示多個視圖，從而可使用戶將最多4種不同聲波傳播模式的結果進行比較。這個功能有助于驗證和表征所探測到的缺陷類型，并確定放置定量光標的確切位置，從而可提高缺陷深度測量的準確性。

•  

04

滿足用戶對速度的需求

多組顯示、較大的文件容量、800%的高波幅范圍以及簡化的菜單結構，都有助于加速檢測進程，而且加快檢測進程的功能還不只這些。此外，得益于包括全聚焦方式（TFM）圖像在內的一些高級、靈活的數據解讀工具，還可以更快地完成分析操作。

05

大大地縮短了設置時間

擁有了可以更方便、更有效地配置儀器的多個功能，用戶可以立即投入到檢測工作中：

       改進的快速校準：靈敏度、時間校正增益（TCG）

       同時完成多組配置

• 對保存的設置進行簡化的校準驗證

• 簡潔的衍射時差（TOFD）菜單去除了一些不必要的步驟

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