[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

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，具體涉及一種基于改進的動態深度聚焦的相控陣超聲檢測方法。

背景技術

無損檢測(nondestructive?testing)簡稱NDT，是以不損害被檢驗對象的適應性能為前提，應用多種物理原理和化學現象，對各種工程材料、零部件、結構件進行有效的檢驗和測試，借以評價他們的連續性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。常規的五大無損檢測方法主要有射線檢測、超聲檢測、滲透檢測、磁粉檢測、渦流檢測。

超聲檢測（UT）是利用探頭激勵超聲波經過耦合劑耦合后傳進待檢工件中，當超聲波遇到缺陷時會產生反射、折射等現象，通過分析反射波或透射波的能量幅值、聲速、信號頻率的變化等方式來進行檢測。

相控陣超聲檢測技術是通過電子方式控制換能器陣列中各陣元，按照一定的延遲時間，規則地發射和接收超聲波，從而控制超聲波束在被檢工件中偏轉和聚焦，來實現對材料的無損檢測，其包括相控陣超聲發射和接收兩部分。相控陣超聲發射的工作原理基于惠更斯-菲涅爾原理，當各陣元被同頻率的脈沖激勵時，所發射的超聲波將發生干涉形成合成波陣面，從而在空間中形成穩定的超聲場；如果改變各陣元的激勵脈沖時間，使它們按照一定的延遲時間發射，則根據惠更斯原理，所發射的超聲波會在空間疊加合成新的波陣面，從而實現聲束偏轉或聚焦等特性。根據互易原理，相控陣接收時也是用延遲的方法來達到的，按照回波到達各陣元的時間差對各陣元接收信息進行延時補償，然后疊加起來，從而獲得某目標方向上的反射回波；同時，通過各陣元的相位、幅值控制以及聲束形成等方法，可形成動態聚焦、變孔徑、變跡等多種相控效果。

在相控陣超聲檢測時，由于被檢測材料的實際聲速與假定聲速存在偏差，或被檢測材料存在粗晶、各向異性、非均勻等情況導致超聲信號傳播時聲束的非均勻性，都會引起超聲信號傳播過程中相控陣超聲合成信號的畸變，從而導致缺陷檢測時聲束聚焦和聲束合成的困難，嚴重影響了相控陣超聲成像的空間分辨率和對比度。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種基于改進的動態深度聚焦的相控陣超聲檢測方法，采用相控陣直探頭中各陣元接收的超聲回波信號作為反饋信號，通過提取信號中的缺陷信息獲得缺陷回波到達距離缺陷最近的幾個相鄰陣元的時間差值，然后根據這幾個陣元的時間差值，無需再次激勵超聲波，只需對這幾個陣元的接收信號進行延遲處理，便使這幾個陣元所接收的回波信號聚焦在缺陷位置。根據實際接收的回波信號來調整陣元的接收延遲時間，實現聲束在缺陷位置的準確聚焦，可以有效提高缺陷的檢測分辨率。

本發明提出一種基于改進的動態深度聚焦的相控陣超聲檢測方法，其中，該檢測方法需要的檢測裝置包括相控陣超聲探傷儀和相控陣直探頭，其中相控陣超聲探傷儀與相控陣直探頭電連接，相控陣直探頭是具有多個陣元晶片的一維線性探頭。檢測方法具體包括以下幾個步驟：

步驟一、相控陣超聲發射和接收步驟。首先，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（該值一般為相控陣直探頭陣元個數的1/4）和線形電子掃描的步進值（該值取1個陣元），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（該值由被檢測工件的厚度所決定），相控陣直探頭接收超聲回波信號方式為動態深度聚焦（DDF）方式，動態深度聚焦方式的設置包括起始聚焦深度、終止聚焦深度和聚焦深度步進三個參數，起始聚焦深度和終止聚焦深度由被檢測工件的厚度所決定，聚焦深度步進由要求的檢測精度決定，該方式可以使來自不同聚焦深度位置的超聲回波信號處于聚焦狀態。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好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，這些超聲回波信號中包含有被檢測工件上下表面的反射回波以及缺陷的反射回波，按照相控陣探傷儀計算好的動態深度聚焦時的各聚焦深度位置的延遲時間值，將該陣列孔徑中各個陣元所接收的超聲回波信號做動態深度聚焦處理合并為一束超聲信號，定義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，即可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用亮度（或顏色）來表征，得到被檢測工件的一個二維截面圖，即為B型顯示，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；