[發(fā)明專利]相控陣超聲探頭在多層介質(zhì)中探傷時聲場分布的計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210425059.6
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102967659A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖凱;張俊;胡平;李曉紅;馬慶增;張益成
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院;武漢大學(xué)
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超聲聲場分布的計算方法，尤其是涉及一種相控陣超聲探頭在多層介質(zhì)中探傷時聲場分布的計算方法。

背景技術(shù)

相控陣超聲探頭是由一組相對獨立的晶片組成，每個獨立的晶片都能發(fā)射超聲波波束。按照不同的規(guī)則激發(fā)所有晶片或是部分晶片，使得不同激發(fā)時間的各晶片所發(fā)射的超聲波波束疊加形成不同的波陣面，從而可實現(xiàn)聲束偏轉(zhuǎn)、聚焦及掃描等效果的控制。相對于常規(guī)超聲波檢測，相控陣探傷的優(yōu)勢是：（1）探頭在不移動或者小范圍移動的情況下，得到大的聲束覆蓋范圍，可用于解決復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)對檢測空間限制的問題；（2）可實現(xiàn)高速電子掃描，對試件進行高速，全方位檢測，可以大幅度提高超聲檢測效率；（3）可實現(xiàn)動態(tài)聚焦，提高檢測靈敏度，從而不需要大尺寸的聚焦探頭實現(xiàn)超聲波聲束的聚焦。

晶片陣列的激勵和接受時間延遲法則是相控陣檢測工藝設(shè)計的關(guān)鍵。現(xiàn)有的相控陣儀器內(nèi)置算法一般是基于晶片陣列在半無限大空間的發(fā)射聲線和聲程計算，在參數(shù)設(shè)置中僅需要輸入焦距和偏轉(zhuǎn)角度，未考慮結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特殊性的情況。然而，被檢工件可能是具有堆焊層的多層結(jié)構(gòu)，甚至呈現(xiàn)不對稱、變截面、變曲率以及變厚度空間分布特性，這些導(dǎo)致超聲檢測過程中超聲波聲束在其中發(fā)生不可預(yù)知的扭曲偏折，這種情況的延遲法則不能用常規(guī)算法獲取，而且聲場分布的不確定性也增加缺陷回波信號誤判和漏檢的可能性。因此，相控陣超聲探頭在多層復(fù)雜介質(zhì)中聲場分布計算在檢測工藝設(shè)計和缺陷回波分析都顯得十分必要。

在理論聲學(xué)領(lǐng)域，通常采用數(shù)值模擬方法來計算復(fù)雜情況下的聲學(xué)傳感器發(fā)射聲場及傳播聲場，如有限元法、有限差分法等。但是數(shù)值法的計算量較大，其算法無法植入便攜式儀器，同時在工程檢測現(xiàn)場應(yīng)用可能無法兼顧檢測效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提出一種相控陣超聲探頭在多層介質(zhì)中探傷時聲場分布的計算方法，進行多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)相控陣超聲檢測的工藝設(shè)計和缺陷回波分析，并為在相控陣超聲檢測儀器上植入多層結(jié)構(gòu)檢測的晶片延遲法則算法提供可能性，從而在保證檢測能力的前提下，提高檢測效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種相控陣超聲探頭在多層介質(zhì)中探傷時聲場分布的計算方法，包括以下步驟：

S1用相控陣晶片延遲時間t_n、點源擴散衰減系數(shù)DF和聲束在界面上的投射系數(shù)Tr來修正瑞利積分式，得到相控陣聲場傳播的表達式為

φ(r,t)=Σn=0N∫∫TDF·Tr·vn(rT,t-Δt-tn)2πdS(rT)]]>

式中：φ(r,t)表示介質(zhì)中點r在時刻t的速度勢；r_T是探頭表面的點源；v_n為探頭表面源點在時刻t的振動速度；|r-r_T|表示從點源到計算點r處的距離，|r-r_T|/c是指聲波從點源傳播到計算點處的時間；T表示探頭，dS(r_T)表示探頭點源r_T的面積；