[發(fā)明專利]雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210442927.1
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102928510A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王瑜;陳亮;李迅波;梁巍;陳勇強;黃建龍;董彥磊
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/44
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責任公司 51202
• 代理人: 鄧繼軒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，屬于超聲波無損檢測領(lǐng)域。適用于航空航天、橋梁、輸油管道、大型化工儲罐的大型裝備中，薄板結(jié)構(gòu)的無損檢測。

背景技術(shù)

薄板結(jié)構(gòu)在大型化工容器、航空航天、軌道、橋梁建筑、水壩、電力設(shè)備、輸油管道中被廣泛使用。薄板結(jié)構(gòu)在加工時常會引入缺陷，如分層、夾雜、孔形缺陷、裂紋缺陷，都會對設(shè)備的安全使用構(gòu)成威脅。同時在使用過程中外部加載以及使用環(huán)境的變化，都能引起內(nèi)部細小缺陷源的擴展，進而造成疲勞破壞，因此，迫切需要對它進行無損檢測，以避免事故的發(fā)生。

超聲無損檢測技術(shù)的檢測能力強，設(shè)備簡單輕便，對構(gòu)建及周圍環(huán)境無污染和危害，使其在無損檢測中應(yīng)用得非常廣泛。常用的超聲無損檢測是縱波和橫波檢測，但當超聲波在薄板特別是厚度在2mm以下的薄板里面?zhèn)鞑r，形成了一種新的干涉疊加的超聲波形式，即蘭姆波。蘭姆波具有傳播距離長、多模式和頻散等特性，與常規(guī)超聲的逐點掃查不同，蘭姆波可在結(jié)構(gòu)的一點發(fā)射，另一點接收，可掃查一條線上的信息。若對感興趣的檢測區(qū)域沿不同方向進行類似的掃描，得到多源發(fā)射-多源接收的蘭姆波信息。蘭姆波的傳播速度的大小是依賴于介質(zhì)的厚度變化，因此，利用蘭姆波某個模式下的走時數(shù)據(jù)采用計算機層析成像技術(shù)就可以反演出該介質(zhì)的厚度變化分布圖，從而獲得缺陷區(qū)域的圖像。

計算機層析成像技術(shù)(?computed?tomography,?簡稱CT)是利用從不同角度獲得的投影數(shù)據(jù)，以無損的方式重建出物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像的一項技術(shù)。蘭姆波層析成像技術(shù)，能夠?qū)Ρ“褰Y(jié)構(gòu)定量地探測到損傷或缺陷的類型、尺寸、位置、形狀、取向，利用這些信息不僅能夠隨時檢測設(shè)備的健康狀況，而且根據(jù)斷裂力學(xué)理論和損傷容限設(shè)計，對設(shè)備構(gòu)件的狀態(tài)、能否繼續(xù)使用做出評估和判斷，及早對存在的安全隱患做出預(yù)防和處理措施。

蘭姆波層析成像方法根據(jù)發(fā)射點和接收點的布置方式分有平行投影層析成像、扇束投影層析成像和跨孔層析成像。前兩者從醫(yī)學(xué)CT中發(fā)展過來，常用基于Radon理論的解析算法，但要求射源繞固定中心旋轉(zhuǎn)。對于平行束投影，設(shè)備的實現(xiàn)比較困難；對于扇束投影，由于重建區(qū)域不是在射源區(qū)域內(nèi)緊支撐的，投影數(shù)據(jù)存在截斷，很難獲得精確的重建結(jié)果。后者是從地震CT中發(fā)展過來，因其結(jié)構(gòu)不滿足Radon變換需要的數(shù)學(xué)模型常用迭代算法。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Eugene等人在Journal?of?the?Acoustical?Society?of?America上發(fā)表的論文Fan?beam?and?double?crosshole?Lamb?wave?tomography?for?mapping?flaws?in?aging?aircraft?structures，研究了采用迭代方法對換能器扇束和雙跨孔距排列的蘭姆波層析重建，該方法可定量檢測飛行器的缺陷。國內(nèi)也有高校開展蘭姆波的研究。經(jīng)過對國內(nèi)相關(guān)專利檢索，申請?zhí)枮?00810240571.7的發(fā)明專利申請公開適合鋼質(zhì)儲罐底板的導(dǎo)波在線檢測方法（公開日2010-06-30），該方法雖然用濾波反投影算法對蘭姆波數(shù)據(jù)采進行重建，但因采用平行投影數(shù)據(jù)方式，圖像的重建質(zhì)量受限于數(shù)據(jù)采集時間和設(shè)備成本。

因此，目前基于蘭姆波薄板結(jié)構(gòu)的層析重建方法常采用扇束和雙跨孔距結(jié)構(gòu)利用迭代算法進行重建。相對解析重建算法，迭代重建算法屬于近似重建算法，具有易于處理投影數(shù)據(jù)截斷，適合非圓掃描軌跡的層析重建，可引入物體先驗信息的優(yōu)點。其缺點是重建速度慢，易收斂于離初始值最近的解。此外，迭代算法屬于前驅(qū)動模型，即重建圖像需要沿射線方向進行權(quán)重采樣。對于雙跨孔距結(jié)構(gòu)，從每個換能器發(fā)出的射線呈扇束狀，相對重建圖像的分辨率，對扇束狀的射束進行權(quán)重采樣存在過采樣和欠采樣的問題，在重建過程中需要沿射線方向進行變分辨率的重采樣，否則重建圖像將出現(xiàn)偽象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特點是將雙跨孔距采集到的投影數(shù)據(jù)重排為平行束，利用解析重建算法進行重建。避免了雙跨孔距迭代方法分辨率低，重建精度不高的缺點，同時也避免了扇束投影層析重建方法數(shù)據(jù)截斷，提高了重建圖像精度，為薄板結(jié)構(gòu)的檢測提供方法支撐。

本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實現(xiàn)：