超声波全聚焦TFM技术

-Total Focusing Method（TFM）全聚集技术

-Full Matrix Capture（FMC）即全矩阵采集

全聚焦的历史可以追溯到2004年，话说当年的11月份，C Holmes, B Drinkwater以及P Wilcox等人发表了一篇论文，题目叫“The post-processing of ultrasonic array data using the total focusing method”，翻译成中文就是”使用全聚焦方法对超声阵列数据进行后处理“。这也是全聚焦的说法第一次出现在公众视野，但当时大部分人还只是把它当作是高校的一个研究方向未加重视。

回忆一下2004年的国内检测设备，当时的普通相控阵检测技术也才刚刚起步，对普通相控阵的检测原理、方法和数据分析、现场应用都还处于摸索阶段。自然还无暇顾及这种刚出来的全新数据处理方法。

我们来看一下这篇文章里都讲了些什么，也许能够更好地帮助大家了解全聚焦技术的历史。

首先这篇文章提到了实验使用了一种后处理算法Total Focusing Method（TFM），即全聚焦方法，该方法将视图显示的每一个点都做了聚焦处理，细心的童鞋有没有注意到一个细节，我们经常提到的全聚焦方法，其实是一种数据处理方法，而不是数据采集方法，那数据采集方法是什么涅？听我后面再慢慢道来。

这篇文章还比较了全聚焦方法和超声相控阵方法的差异，指出超声相控阵方法是对晶片的激发和接收端都做时间延迟，以得到声束的偏转或者聚焦，进而可以形成实时的显示图像，因而被用于医学领域中的动态物体的超声检测（比如心脏跳动）。而在无损检测领域，检测对象通常是静态的，因而可通过数据离线处理的方式得到全聚焦的图像。

从这里我们可以理解为TFM全聚焦技术应用是在无损检测领域，而不是医学领域，这也打破了此前超声检测技术一直是先医学后工业的老传统，这是值得我们工业检测人为之骄傲的地方。但当时的作者可能也没有想到在16年后的今天，全聚焦技术已经可以做到实时显示了，那这种技术是否在未来的医疗领域也被应用呢？我们不得而知，未来可期！

前面提到全聚焦指的是数据处理方法，该文章还提到它的数据采集方法是Full Matrix Capture（FMC）即全矩阵采集。使用FMC方法进行数据采集的一个关键优势是它使得采集到的任何一个数据可以进行重新创建和存储，并可以用于任何一个数据处理算法。同时这种数据采集方法是一般的单晶探头无法实现的。

使用FMC进行数据采集，之后再使用TFM算法进行数据处理，可以使得显示区域的每个数据点都聚焦，这也使得TFM算法成为阵列数据处理的金标准（注：该文引用的TFM处理算法出自Karaman等人1995年的一篇文章中），由此可知2004年的这篇文章是第一次将TFM运用于无损检测行业的，而TFM算法早在90年代就已有之。

文章里还直观地将几种数据接收延迟处理类型做了个比较，下面是直观的示意图。

图a显示的是多个晶片接收延迟一致的时候，多晶片回波合成以后得到的是未聚焦的0度声束。

图b显示的是接收延迟做了聚焦算法处理，回波合成以后得到的是聚焦的0度声束。

图c显示的是接收延迟做了角度偏转算法处理，回波合成以后得到的是未聚焦的角度偏转声束。

图d显示的是接收延迟做了角度偏转+聚焦算法处理，回波合成以后得到的是角度偏转+聚焦的声束，而且图像中的每个像素点都按照此种数据处理方式进行处理，得到的就是全体积内的聚焦图像，所以此种算法才被叫做TFM全聚焦方法。

更新换代FMC、TFM的超声波相控阵检测设备，有5个原因

01

眼见为实

全聚焦方式（TFM）图像具有很高的清晰度，可使用户在检测过程中大受裨益。高级全聚焦方式（TFM）处理工具包括一个可以消除回波和伪影的实时包络功能，从而增强了探测到难以发现的微小缺陷的性能，如：细小的高温氢致（HTHA）缺陷。一旦看到了图像，就很难驳斥其中显示的结果。

02

全角度覆盖

通过全矩阵捕获（FMC）数据生成的全聚焦方式（TFM）图像不仅具有很高的分辨率，而且还可以正确反映工件的几何形状，从而可使用户更轻松地了解缺陷在工件中的位置和方向。用户还可以同时观察最多4种不同传播模式的全聚焦方式（TFM）图像，并比较这些图像。这个功能有助于用户发现具有异常方向的缺陷。

03

比较和确认

新的高级软件工具可在检测之前、之中、之后为用户提供更多的优势特性：

• 忘记了您的扫查计划？ 没有关系！我们可以在现场使用机载向导实时创建一个扫查计划。声束模拟器可以使用户观察到声束，其中包括全聚焦方式（TFM）区域，并在现场根据需要对声束进行调整。扫查计划中包含一个声学影响图（AIM）工具，这个工具所生成的模型会向用户表明*高探测灵敏度所在的区域，以及扫查覆盖不到的区域。

• 在检测过程中，可以使用“分屏”形式同时显示多个视图，从而可使用户将最多4种不同声波传播模式的结果进行比较。这个功能有助于验证和表征所探测到的缺陷类型，并确定放置定量光标的确切位置，从而可提高缺陷深度测量的准确性。

•  

04

满足用户对速度的需求

多组显示、较大的文件容量、800%的高波幅范围以及简化的菜单结构，都有助于加速检测进程，而且加快检测进程的功能还不只这些。此外，得益于包括全聚焦方式（TFM）图像在内的一些高级、灵活的数据解读工具，还可以更快地完成分析操作。

05

大大地缩短了设置时间

拥有了可以更方便、更有效地配置仪器的多个功能，用户可以立即投入到检测工作中：

       改进的快速校准：灵敏度、时间校正增益（TCG）

       同时完成多组配置

• 对保存的设置进行简化的校准验证

• 简洁的衍射时差（TOFD）菜单去除了一些不必要的步骤

全矩阵 (FMC)全聚焦 (TFM) 相控阵探伤仪

——全新一代高性能超声波相控阵探伤仪PHASEYE FMC-64

全新一代高性能相控眼技术的相控阵探伤仪：PHASEYE FMC-64相控阵探伤仪运用了新的相控眼技术，包含FMC、TFM及PA技术，结合自主研发的内置聚焦法则计算器技术，实现快速3D功能，不论是运用常规的超声技术，还是单波束、多组PA功能都让让您如虎添翼。设备配备的多轴编码器同步联动功能，让自动和半自动检测更加高效便捷。

全矩阵采集（FMC）-多达128阵元 采集速度可达2GB/S

全聚焦技术（TFM）-实时（Real Time）高效 高分辨率

内置聚焦法则计算器（FLC）-3D模拟技术 预知声场分布

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