[發明專利]一種基于改進的動態深度聚焦的相控陣超聲檢測方法

有效

• 申請號: 201210181334.4
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102809610A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 周正干;徐娜
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07;G01N29/50
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 官漢增

1.一種基于改進的動態深度聚焦的相控陣超聲檢測方法，其特征在于：包括以下幾個步驟：

步驟一、相控陣超聲發射和接收步驟：

設置相控陣探傷儀，進行相控陣線形電子掃描，設置一次發射/接收超聲波所選取的陣元個數和線形電子掃描的步進值，同時設置相控陣直探頭發射超聲波聚焦位置為被檢測工件下表面，相控陣直探頭接收超聲回波信號方式為動態深度聚焦方式，通過上述設置，相控陣探傷儀將相控陣直探頭中相鄰的多個陣元成為一個發射陣列孔徑，對每個陣列孔徑中的所有陣元進行控制，陣列孔徑中的各個陣元按照相控陣探傷儀計算的延遲時間值發射超聲波，同時，該陣列孔徑中的各個陣元均接收超聲回波信號，按照相控陣探傷儀計算的動態深度聚焦時各聚焦深度位置的延遲時間值，對這些超聲回波信號進行動態深度聚焦處理合并為一束超聲信號，為該陣列孔徑的超聲合成信號，依次控制各個陣列孔徑發射和接收超聲波，獲得各個陣列孔徑的超聲合成信號；

步驟二、缺陷判別步驟：

對步驟一中各陣列孔徑獲得的超聲合成信號中的數據通過亮度或顏色來表征，得到被檢測工件的B型顯示圖，由于B型顯示圖中包含有被檢測工件上下表面的反射回波的信息，因此從B型圖中可確定出缺陷的二維位置信息；

步驟三、延遲時間計算步驟：

根據步驟二中初步判別的缺陷位置信息，選定距離該缺陷位置最近的一個陣列孔徑，根據該陣列孔徑中的各個陣元在步驟一中所接收的超聲回波信號，提取該缺陷位置的回波信息，根據該陣列孔徑中各個陣元接收相同缺陷反射的超聲回波信號具有相關性的原理，利用互相關法計算超聲波從該缺陷位置到達該陣列孔徑中各個陣元的時間差值；

步驟四、回波信號后處理步驟：

根據步驟三中獲得的所選定距離缺陷最近的陣列孔經中各個陣元的延遲時間，調整步驟一中設置的動態深度聚焦時的各聚焦深度位置，使所選定的陣列孔徑中各陣元所接收的超聲回波信號聚焦到缺陷位置，通過對所選定的陣列孔徑中各陣元接收的超聲回波信號進行重新合成處理，形成該陣列孔徑新的超聲合成信號；

步驟五、B型圖重構步驟：

將步驟四中所選定的陣列孔徑所形成的新的超聲合成信號替代步驟一中該陣列孔徑獲得的超聲合成信號，并重新繪制B型圖用于缺陷識別。

2.根據權利要求1所述的一種基于改進的動態深度聚焦的相控陣超聲檢測方法，其特征在于：步驟三中利用互相關法計算超聲波從該缺陷位置到達該陣列孔徑中各個陣元的時間差值具體為：

（1）選取距離該缺陷位置最近的一個陣列孔徑，以該陣列孔徑中距離該缺陷最近的一個陣元在步驟一中所接收的超聲回波信號的數據作為參考信號x(n)(n=0,1,2…N-1)，取該陣列孔徑中的其它任一陣元在步驟一中所接收的超聲回波信號的數據作為被測信號y(n)(n=0,1,2…N-1)，n表示序列中的位置，N為步驟一中各陣元接收超聲回波信號的采集點數，對于厚度為h，縱波聲速為c的被檢測工件，當相控陣超聲探傷儀的采樣頻率為M時，N＝(2h/c)*M；

（2）設置循環相關運算的循環周期長度為L，L≥2N-1，將參考信號x(n)(n=0,1,2…N-1)和被測信號y(n)(n=0,1,2…N-1)分別補零至長度為L；對補零后的參考信號x(n)(n=0,1,2…L-1)和補零后的被測信號y(n)(n=0,1,2…L-1)進行快速傅里葉變換得到X(k)(k=0,1,2…L-1)和Y(k)(k=0,1,2…L-1)，其中X(k)表示補零后的參考信號x(n)從時域信號做快速傅里葉變換后變為頻域信號的序列，Y(k)表示補零后的被測信號y(n)從時域信號做快速傅里葉變換后變為頻域信號的序列，k表示傅里葉變換后X(k)和Y(k)序列中的位置；

（3）對X(k)做共軛運算，將共軛運算結果與Y(k)作復數相乘，復數相乘后的結果為互相關函數R(k)，再對R(k)作快速傅里葉反變換，提取其實部R(τ)，則R(k)取最大值時所對應的實部R(τ)中的τ為所要求的參考信號和被測信號的時間差值；

（4）分別依次將該陣列孔徑中的其它陣元在步驟一中所接收超聲回波信號的數據作為被測信號進行（1）～（3）步的計算，求得該陣列孔徑中各個陣元相對于參考信號的時間差值，所獲得的這些時間差值為所選定陣列孔徑中各個陣元接收缺陷反射回波信號的延遲時間。

3.根據權利要求1所述的一種基于改進的動態深度聚焦的相控陣超聲檢測方法，其特征在于：所述的步驟一中線形電子掃描的步進值為1個陣元。