[發明專利]柱面聚焦楔塊的超聲衍射時差法

無效

• 申請號: 201110293795.6
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102507737A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 遲大釗;剛鐵;趙立彬;陳嘉玥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及超聲波檢測領域。

背景技術

超聲衍射時差法在厚壁焊縫檢測中得到了廣泛的應用。由于衍射時差法基于接收缺陷端部弱衍射波實施測量，因此檢測設備需在相對高的增益條件下工作。高增益工作狀態會給回波信號帶來系統噪聲干擾，如電噪聲。同時，焊縫區各向異性的組織結構也會帶來更強的結構噪聲，這都增加了缺陷識別的難度。另外，通過單純增加超聲脈沖發射功率的高增益工作狀態會導致距離分辨率的下降。上述問題是常規衍射時差法存在的技術弊端之一，很大程度上限制了該方法的推廣使用。解決噪聲問題，可以利用成熟的硬件濾波技術.但當噪聲頻譜和信號頻譜重疊，或噪聲幅度接近或大于信號幅度時，硬件濾波有可能使信號失真嚴重。相關研究表明，可以通過基于軟件濾波的信號處理方法來抑制噪聲并能更為有效地提高缺陷信號的辨識能力[剛鐵，遲大釗，盛朝陽.超聲檢測信號中復雜成份噪聲的抑制方法：中國，200710072506.3]。提高超聲回波能量水平可以采用聚焦探頭。例如，點聚焦探頭采用球面晶片匯聚聲場，能有效克服聲能量發散，點聚焦探頭在超聲無損檢測中得到了廣泛的使用。點聚焦探頭對于需逐點柵格式掃查的被檢測對象是有益的，但由于其聲場分布呈錐形，無法滿足超聲衍射時差法檢測方式在被檢測工件深度方向大范圍覆蓋的需求。

現有衍射時差法檢測存在缺陷衍射信號能量水平低、檢測靈敏度有待提升的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有衍射時差法檢測存在缺陷衍射信號能量水平低、檢測靈敏度有待提升的問題，提供柱面聚焦楔塊的超聲衍射時差法。

柱面聚焦楔塊的超聲衍射時差法，它包括具體步驟如下：

步驟一、確定已知條件：探頭晶片直徑、楔塊縱波聲速、被檢測工件縱波聲速、水中縱波聲速；

步驟二、設定所需條件：主軸聲束水程、被檢測工件中縱波折射角度、主軸聲束在工件中的聚焦垂直深度；

步驟三、根據上述條件計算楔塊柱面曲率半徑：

探頭發射聲束入射到曲面上的入射角為i₁，經過曲面折射后的折射角為r₁，規定聲束在水與被檢測板材界面處的折射角度β，入射角等于楔塊傾角θ，則根據折射定律有：

sinθ/sinβ＝v_水/v_板材????????????????????????????(1)

解式(1)得θ的角度；

設主軸聲束經由楔塊及水耦合層后，聚焦在被檢測體厚度深度h處：

PQ=h/cosβPS=PQ×cos(β-θ)---(2)]]>

解式(2)得被檢測板材中焦距PS長度；

根據幾何光學原理，PS和PR存在著以下關系，

PS/PR＝v_水/v_板材???????????????????????????????????(3)

解式(3)得水中焦距PR長度；

根據折射定律以及幾何關系聯立得，

解式(4)的i₁角度；

sini₁＝(d/2)/R?????????????????????????????????????(5)

解式(5)得楔塊曲率半徑R；

其中，式(4)，(5)的解法如下：

設若

(d/2)/(OP+PR)＝a

?????????i₁-r₁＝c??????????????????????????????????(6)