有关全聚焦方式（TFM）的常见问题解答
问：什么是TFM？TFM与FMC有什么关系？
答：全聚焦方式（TFM）基于与传统相控阵超声检测（PAUT）技术相同的偏转和聚焦方式，但是TFM可在关注区域（TFM区域）的任何位置上聚焦，而不只是在一个固定的深度位置上聚焦。 虽然可以通过在关注区域的所有位置以物理方式发射聚焦声束的方法实现TFM，但是要完成这样一个采集周期，需要很长的时间，因此会令人望而却步。
由于NDT应用中所使用的超声波具有线性特点，因此可以通过一种采集后总汇的处理方法，复制将声波以物理方式叠加在一起而在发射和接收时生成特定声束的过程（声束形成）。 为了实现对应于物理声束形成的TFM合成声束形成，必须采集到由探头的发射孔径和接收孔径生成的所有基本A扫描。 要计算所有聚焦声束，需要这种完整的基本A扫描数据集。 全矩阵捕获（FMC）采集用于收集这个数据集。
问：TFM的工作原理是什么?
答：首先，用户输入参数，确定TFM区域，即目标检测区域，或关注区域（ROI）。 TFM区域被划分为网格，网格中每个位置（或像素）的大小（网格分辨率）由用户确定。 为了准确地解读FMC数据，需要为TFM算法输入一些关键变量，如声波传播模式和分辨率，以将数据分为不同的声波组。 例如，TT-T声波组是指传输的横波在到达ROI中的每个像素之前从内表面反射，然后以横波的形式从每个像素直接到达接收晶片。
 |  |
设置TFM区域的参数
问：FMC是什么？它的工作原理是什么？
答：全矩阵捕获（FMC）声学采集生成一个FMC数据集。 FMC数据集是一个相控阵探头或一组相控阵探头通过每个晶片发射脉冲，同时其他所有晶片接收信号而获得的基本A扫描的集合。 采集策略包括探头的每个晶片依次发射脉冲，同时所有其他晶片接收返回的声束。
请观看视频，了解如何进行FMC和TFM。
问：为什么要使用TFM处理FMC数据集？
或者（换个方式提问）
问：为什么要使用FMC策略生成TFM图像？
任何声束形成方法都可以应用于FMC数据集。 您可以使用原始FMC数据（基本A扫描）以合成方式模拟典型的相控阵（PA）采集。 但是，PA声束形成策略仅使声束在工件中的一个特定深度上聚焦，而TFM则可以使声束在关注区域中的每个像素位置上聚焦，而且会表现整个关注区域（“TFM 区域”）中各个位置的声束波幅。 我们选用TFM对FMC数据进行处理的主要动机，是TFM具有获得一个全聚焦关注区域的潜力。
反过来，要以一种足以满足NDT应用的速率获取TFM图像，必须要使用FMC采集方法。 我们需要整个孔径晶片所生成的所有基本A扫描集来计算TFM图像。 代表不同声波组的多个TFM图像可以源于相同的FMC数据组。
问：是否可以访问OmniScan X3系列相控阵探伤仪中未经处理的原始FMC（全矩阵捕获）数据组？
答：很抱歉，目前为止（此文发布之时）还不能访问。 不过，我们正在为OmniScan X3系列相控阵探伤仪不断开发新的解决方案，敬请大家继续关注!
问：要为一个垂直反射体成像，应该使用哪种声学传播模式？
答：某些模式（或声波组）可以更好地探测到垂直反射体。 我们建议首先从使用TTT-TT或TT-T声波组的串列模式开始。 不过，问题是只使用一个声波组通常只能提供垂直反射体的部分视图。 因此还要使用其他声波组，例如TL-T声波组，这有助于填补首先选择的模式留下的成像空白，而T-T和TT-TT等脉冲回波声波组则可以用于探测圆角凹陷的回波和缺陷端部的衍射回波。
有助于确保完成准确成像和有效探测的一个方法是使用OmniScan X3相控阵探伤仪的声学影响图（AIM）功能，进行尝试性验证操作，以充分表征和了解每种传播模式的优缺点。 请记住，使用串列模式进行检测可能更具挑战性，因为要获得预期的结果，需要准确地评估被测材料的厚度和声速。
请阅读白皮书：“TFM声学影响图”，了解更多有关声学影响图的知识。
问：是否可以在TFM模式下使用HydroFORM扫查器？
答：非常抱歉，不可以。只有在非常特殊的应用中，水层才会保持稳定不变。 现在还不能在TFM模式下使用HydroFORM扫查器。 由于水和被测材料的声速不同，极其微小的水层变化都会使超声波在被测材料中的声程发生相对较大的偏差。 例如，0.5毫米的水层变化会最终导致在碳钢材料中出现2毫米的声程差异，这种差异会对TFM的聚焦性能产生负面影响。 不过，我们正在不断开发新的解决方案，敬请大家继续关注。
问：OmniScan X3系列相控阵探伤仪的TFM包络功能有什么优点?
使用TFM包络最显著的优势是消除了由于将自然振荡声波A扫描作为基本数据集而产生的波幅振荡。 消除了振荡，波幅变得更连贯，缺陷定量也更容易完成。
此外，与标准振荡TFM图像相比，使用了TFM包络功能的图像还可在保持相同的波幅保真值（AF）的同时，获得更快的采集速率。 以下示例是未用包络功能（上图）和启用包络功能（下图）时探测高温氢致（HTHA）缺陷的情况。 当TFM包络功能开启时，可以应用更粗的网格分辨率，而且还可使波幅保真值保持在2 dB（标准公差）以下，从而可以提高采集速率。 我们通过对比两个图像发现，当启用包络功能时，可以更容易地辨别缺陷回波。 由于TFM包络图像消除了波幅振荡，使波幅表现得更加稳定，因此有助于顺利完成缺陷的解读和基于波幅的缺陷定量。
阅读白皮书：“包络功能使全聚焦方式更出色”，了解更多有关TFM包络的知识。
HTHA缺陷的标准TFM图像使用0.07 mm的网格分辨率，具有1.7 dB保真值，并可获得10.6 Hz的采集速率。
HTHA缺陷的TFM包络图像使用0.15 mm的网格分辨率，具有1.9 dB保真值，并可获得19.5 Hz的采集速率。
问：为什么TFM在使用相同的仪器型号和探头时，能够使用包含双倍PA晶片数量的主动孔径？
答：这是可能的，因为TFM成像是使用FMC数据产生的。 OmniScan X3系列相控阵探伤仪中的FMC数据采集可以根据需要分成两部分；例如，如果您使用含有128个晶片的相控阵探头和64通道的探伤仪，如OmniScan X3 64型号。
工作原理：首先，仪器对单个晶片进行脉冲，并接收前一半晶片上返回的超声波。 然后，仪器再次发射该晶片，这次接收的是后一半的晶片。 这种双重发射序列对探头中的每一个晶片重复进行该过程，从而迅速收集所有晶片的数据。
为了比较TFM和PA，让我们重新使用OmniScan X3 64探伤仪与128个晶片探头作为示例。 使用PA采集模式，您一次只能对探头的64个晶片进行脉冲/接收。 PA信号处理受到探伤仪的通道数限制，在这种情况下是64个。 由于TFM处理是基于FMC数据，可以使用所有128个探头晶片进行采集，与PA相比，它有效地将主动孔径增加了一倍。
问：在扫查计划中，为什么在TFM模式下可以看到声波的彩图，而在相控阵超声检测（PAUT）模式下却看不到彩图？
答：目前为止（此文发布之时），只可在TFM模式下使用AIM（声学影响图）功能。 不过，我们正在不断开发新的解决方案，敬请大家继续关注!
问：为什么需要降低网格分辨率？
答：虽然很高的像素数（高网格分辨率）可以改善TFM图像，但是由此而产生的繁重处理工作却会使采集速率降低。 所以，用户应该找到一个既可以获得优质探测和表征能力，又不会降低检测效率的“最佳平衡点”。 Omniscan X3系列探伤仪提供一些有用的读数，可使操作人员更深入地了解网格分辨率随着探头中心频率波长（横波和纵波）在被检材料中的改变而发生的变化。 另一个读数提供了随着所选声学模式和网格分辨率的改变而变化的理论波幅保真值（AF）。 这个读数非常有用，因为某些新发布的FMC/TFM规范和标准要求操作人员定义网格分辨率，以获得2 dB或更低的波幅保真值水平。 操作人员使用这个读数，可以避免通过实验方式测量波幅保真值的繁琐过程。
问：脉冲回波、串列和一发一收传播模式有什么区别？
答：脉冲回波是一种在被测工件中，发射声束和接收声束都采用完全相同的路径的一种传播模式。 脉冲回波模式可以通过直接声程（声波无反射）完成，也可以在声波经过多次反射后完成。 它们由传播路径中每段直线声程的声波模式，即纵波（L）或横波（T）定义，如：L-L、T-T、LL-LL、TT-TT等。
串列模式的发射声束和接收声束传播的路径不完全一致，不过，发射晶片和接收晶片来自于同一个相控阵探头。 其最简单的形式是传播路径的一段声程（可以是发射声程，也可以是接收声程），在被测样件的底部反射，而与之成对的另一段声程（分别是接收声程或发射声程），直接来自探头或返回到探头。 探测区域出现在两段声程相交的位置。 与脉冲回波模式一样，串列模式（或声波组）也是由传播路径每段声程的声波模式定义：TT-T、TL-T等。 串列传播模式还包括发生了多次反射的声波组，如：TTT-TT。
典型的脉冲回波传播路径（左边的3张图像）和串列传播路径（最右边的图像）
一发一收模式的定义与串列模式相同，唯一不同的是其发射晶片和接收晶片来自于两个不同的相控阵探头。
脉冲回波和串列传播模式并不专属于TFM，因为在传统的相控阵检测以及全聚焦方式检测中都可以使用这两种模式。
在脉冲回波TFM中，工件在厚度上的变化只会影响底面信号以及与内壁相连的缺陷指示的位置。 与脉冲回波TFM模式相反，串列TFM模式对工件厚度的微小变化会表现出高度的敏感性，因为这种模式的发射焦点和接收焦点的重叠区域很小。 区区5%的厚度变化就会使串列TFM的缺陷指示“失焦”，因此必须对实际的工件厚度进行精确地测量。
问：在TFM模式下检测时，可以使用楔块吗？
答：当然可以! 正如使用PAUT技术进行检测一样，在TFM模式下检测时，探头既可以使用楔块，也可以不使用楔块。
问：在TFM模式下，A扫描来自哪里？
答：显示在TFM“端视图”旁边的A扫描来自于重建的TFM图像，而不是来自于FMC的基本A扫描数据集。 TFM的A扫描代表了一个所选择/所显示的像素波幅矩阵。 这就是为什么TFM中的A扫描被称为合成A扫描的原因，这些A扫描不同于PAUT中的总和A扫描。
问：TFM是否优于PAUT（相控阵超声检测）?
答：全聚焦方式（TFM）是否优于相控阵超声检测（PAUT）是一个涉及到应用和偏好的问题。 苹果比橙子更好吗？ 喜欢苹果的人可以争辩说苹果比橙子更适合做苹果派，而喜欢橙子的人却可以辩解说橙子比苹果更适合做橙汁。 PAUT和TFM之间的主要区别如下所述：
- 聚焦：传统PAUT生成的声束在一个深度位置上聚焦。 TFM可以在任何位置上聚焦。 不过，TFM与PAUT都基于相同的声学原理：相同的物理定律既适用于PAUT，也适用于TFM，而且还会以完全相同的方式影响声束的形成。 因此，我们经常会忽视一个事实，特别是对TFM，那就是两个方式都只能在近场区域发挥作用。 在PAUT的聚焦区域内，PAUT所表现的检测性能应该与TFM的检测性能非常相似。 请注意：PAUT具有更大的灵活性，因为使用这种技术在未聚焦（以筛查为目的）和聚焦（以准确定量为目的）的情况下都可以进行检测。
- 探测：取决于不同的具体应用，TFM的探测性能可能与PAUT不相上下，也可能低于或高于PAUT。 TFM可在任意位置聚焦的能力，在无需根据缺陷的位置调整聚焦的情况下，有助于探测到较小的缺陷指示，如夹杂物和多孔性。 TFM的不同模式和声波组所呈现的灵敏度也会有很大的差异。 最后，TFM对缺陷的方向也非常敏感，因为它毕竟是一种超声技术。 如果进行TFM检测，而不了解上述每种变量的影响，则可能会导致探测性能不佳。 确保完成优质探测的有效途径是生成一种模拟灵敏度图（例如：OmniScan X3探伤仪的AIM功能），并通过验证测试的方法获得模拟结果。 另一方面，PAUT的探测性能已经众所周知，因为这项技术已经在无损检测（NDT）领域使用了几十年。 业界认为，PAUT可以出色地探测和定量各种类型的裂纹和未融合缺陷，但是对于较小的缺陷指示，如：孤立的孔隙，其探测效果却差强人意。 上述说法“一般来说是正确的”，但这只是因为大多数PAUT在开始时没有使用聚焦模式（以筛查为目的）。 当PAUT使用聚焦模式，并同时使用适当的、高质量的探头和楔块时，则可以获得与TFM一样的优质检测结果。 不过，这种情况只适用于声束聚焦的区域。
- 速度：由于FMC数据采集方式一般通过依次触发每个晶片来完成，而PAUT数据采集方式使用数量有限的声束组（聚焦法则）来完成，因此PAUT的采集速度一般来说会更快。 此外，TFM要求对数据进行实时密集处理，因此会更进一步降低采集速度；而PAUT则无此要求。 一般来说，PAUT的采集速度可能要比TFM快得多，其缺点是只在一个深度位置上聚焦。 请注意：与标准TFM相比，使用了包络的TFM，可以在将波幅保真值（AF）保持在可接受水平的同时，提高采集速率。
- 扫查计划和模拟器：OmniScan X3探伤仪配备了一个非常有用的模拟工具，这个工具被称为AIM。AIM是Acoustic Influence Map的首字母缩略名称，意思是声学影响图。 声学影响图显示每个声波组可以覆盖的范围，从而有助于用户选择要保存的FMC数据。 TFM和PAUT以各自特有的方式确保覆盖适当的范围，因此必须清楚地了解每种技术，才可以在使用这两种技术进行检测时获得可靠的结果（参阅下个词条“培训”）。
- 培训：对于TFM和PAUT两种技术，操作人员都需要接受适当的培训，才可以有效地加以利用。 为培训每种技术而建议设定的范围和使用的时间几乎相等。 一些错误的观念，诸如“任何人都可以设置TFM的对话框”或者“您可以利用PAUT技术发送任何角度的声束”，会导致人们对这些技术产生误解。 对这些技术的误解会使检测出现错误，而防止错误检测的唯一方法就是接受适当的培训。
- 历史的存在和实地验证：PAUT技术已经在无损检测领域成功使用了二十余年，而且其应用案例、检测性能，以及局限性都已有定论。 而TFM则是一项新兴的技术，具有很大的发展空间，还有待无损检测行业充分地开发和利用。
- 现场调节：TFM和PAUT两种技术都允许用户在检测现场对设置进行更改。
- 校准：TFM和PAUT都需要对灵敏度进行适当的校准，以确保在整个目标范围（或区域）内探测到缺陷。