[發明專利]復合材料單向板超聲層析成像減少偽影的方法

在審

• 申請號: 201510537485.2
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN105136906A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 陳亮;肖強;鄒行江;洪敬賢;吳舒嫻
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及超聲無損檢測技術領域，特別是涉及利用超聲導波層析成像的方法來實現復合材料單向板中的缺陷檢測。

背景技術

復合材料以其質量輕、強度高等特點被廣泛應用到于民用、軍用、工業、航天以及超級跑車領域。碳纖維復合材料為復合材料常用的一種，有兩種復合形式，一種是碳纖維在基體中呈同向排列，即每層的纖維方向相同，通常稱這種復合材料為單向纖維復合材料；一種是各層纖維方向呈不同角度，通常稱為多向纖維復合材料。

復合材料的缺陷檢測在復合材料的生產應用中起著非常重要的作用，常用于復合材料缺陷檢測的技術有射線檢測技術和超聲C掃描技術，由于射線檢測技術對人體有害，操作人員需要經過專門的培訓，而超聲C掃描技術檢測效率較低。因此，近年來超聲層析成像技術成為復合材料缺陷檢測的研究熱點。由于復合材料單向板的特殊鋪層方式和材料的各向異性特性，使得超聲層析成像技術在單向板缺陷重建過程中產生大量的偽影。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種超聲層析成像技術在進行復合材料單向板缺陷圖像重建的過程中減少偽影的方法。

本發明所采用的技術方案是：根據超聲導波在無缺陷單向板中沿各個方向的傳播速度v_θ(其中θ為導波的傳播路徑與單向板纖維方向夾角)來修正超聲導波在有缺陷的單向板中沿投影路徑的原始走時投影t_original，修正后的走時投影其中l_path代表投影路徑的長度，v_φ代表投影路徑與單向板纖維方向的夾角。然后通過濾波反投影算法將修正后的走時投影重建從而得到單向板缺陷圖像。

本發明包括如下步驟，如圖1所示：

1.選取合適頻率的超聲波作為激勵信號，并根據超聲波在單向板中的傳播特性選取合適的模態作為分析對象。

2.測出步驟1中選取的超聲信號在無缺陷單向板中沿多個方向傳播的速度，繪制出速度隨方向變化的曲線，然后通過插值得到該信號在任意方向上的傳播速度v_θ。

3.根據被測試件參數選取合適的投影方式獲得單向板的走時投影數據t_original。

4.根據投影路徑的長度和步驟2得到的任意方向的傳播速度修正走時投影數據t_original，由得到修正后的投影數據t_revised其中φ為投影路徑與纖維方向夾角。

5.以步驟4中修正后的投影數據作為輸入，利用濾波反投影算法得到單向板缺陷的重建圖像。

與現有技術相比，本發明的優點是：在超聲層析成像技術應用到復合單向板缺陷檢測的過程中，該方法能夠有效的減少圖像重建過程中由于材料的各向異性帶來的偽影，從而得到更加清晰可視化的重建圖像。

附圖說明

圖1為減少超聲層析成像技術在單向板缺陷重建過程中偽影產生的步驟框圖。

圖2為測量A0模態超聲導波沿單向板不同方向傳播速度的建模示意圖。

圖3為100kHz超聲導波的A0模態在T300/QY8911的復合單向板中傳播速度隨方向變化曲線，橫坐標代表傳播方向與纖維方向夾角，縱坐標代表傳播速度。

圖4為利用扇束投影方式獲得缺陷圓盤A0模態走時的建模示意圖。

圖5為未經修正的走時數據經濾波反投影算法得到的重建圖像，其中(a)為中心缺陷圓盤的重建圖像，(b)為缺陷偏離中心25mm圓盤的重建圖像。

圖6為經過修正的走時數據經濾波反投影算法得到的重建圖像，其中(a)為中心缺陷圓盤的重建圖像，(b)為缺陷偏離中心25mm圓盤的重建圖像。

具體實施方式

結合本發明的內容提供以下單向板缺陷圖像重建減少偽影的實例，具體步驟如下：

1.選取材料為T300/QY8911的復合單向板為研究對象，并利用ABAQUS仿真軟件建立半徑為100mm，厚度為4mm的圓盤模型。

2.選擇頻率為100kHz的5周期漢寧窗調制正弦信號作為超聲激勵信號，考慮到超聲波在板中傳播的多模態性，由于A0模態衰減慢，傳播距離遠，選擇A0模態為研究對象。

3.為了測得A0模態的在單向板中沿各個方向傳播的速度，以圓盤中心作為激勵點，為了防止邊界反射波的干擾，64個接收點均勻的分布在離圓盤中心半徑為50mm的圓周上，示意圖如圖2所示。

4.提取步驟3中64個接收點信號的A0模態走時，利用MATLAB計算并繪制出A0模態速度隨方向變化的曲線如圖3所示。