[發明專利]基于費馬原理的棒材超聲線型陣列成像檢測方法

有效

• 申請號: 201611158692.8
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106645420B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 趙峰;徐浪;苑鴻志;顧軍;鮑子豪
• 申請（專利權）人: 北京航天特種設備檢測研究發展有限公司
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07;G01N29/06
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

本發明公開了一種基于費馬原理的棒材超聲線型陣列成像檢測方法，其包括：利用相控陣線型陣列和用于線型陣列耦合棒材的楔塊；在超聲模擬軟件中設置棒材尺寸，根據實際線型陣列參數和A掃描信號設置線型陣列和信號源，進行電子掃查獲得各陣元A掃描信號，并根據費馬原理計算各陣元聲波傳播時間，從而計算延遲時間，將延遲后的A掃描信號依次進行疊加，形成具有偏轉聚焦效果的A掃描信號，這些疊加后的A掃描信號根據其傳播路徑進行B掃描成像，根據成像后各成像點幅值極大值位置即可判斷缺陷和其他結構位置。本發明可克服小直徑棒材超聲直接接觸法和水浸法縱波檢測的缺點，具有良好的推廣及應用前景。

技術領域

本發明涉及小直徑棒材相控陣超聲縱波成像無損檢測領域，更具體地涉及一種基于費馬原理采用相控陣超聲線型陣列進行棒材超聲縱波成像檢測的方法。

背景技術

小直徑棒材是航空航天關鍵零部件、重要連接結構螺栓、風洞天平、高壓接頭、閥門、等零部件的重要原材料，對其通常采用直接接觸法和水浸法進行超聲縱波無損檢測。普通直探頭直接接觸法對小直徑棒材進行縱波檢測示意圖，如圖1所示。由于小直徑棒材曲率半徑較小，若用普通直探頭以直接接觸法周面徑向入射縱波檢測時，耦合差，近表面分辨率有限，棒材往往完全處在近場區內，并且表面變型波也會產生很強的干擾，信噪比低，甚至始波占寬能達到棒材半徑以上。若探頭位置稍有偏差就會造成聲束在棒材中偏轉和散射，信噪比降低，甚至導致無法接收到回波信號。由于以上種種原因使用普通直探頭直接接觸法對小直徑棒材進行縱波檢測難度極大。而水浸超聲法雖然克服了直探頭直接接觸法耦合差、檢測盲區大、雜波多、信噪比低等缺點，但水浸超聲往往需要較大的水箱及自動控制系統操探頭和工件(滾動棒材進行B掃成像)，如圖2所示，不利于現場檢測，對所檢測棒材長度尺寸的限制也較大，而且長時間水浸棒材會不程度的受到腐蝕。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供一種基于費馬原理的棒材超聲線型陣列成像檢測方法，其能夠快捷地獲得棒材高分辨率的直觀成像，提高檢測效率。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種基于費馬原理的棒材超聲線型陣列成像檢測方法，包括以下步驟：

1)利用相控陣線型陣列和用于線型陣列耦合棒材的楔塊；所述線型陣列的陣元數量為n、陣元寬度為e、陣元間距為d；并根據實際超聲時域參數，設置頻率為f的超聲脈沖信號；

2)建立小直徑棒材的二維周向截面模型，并在模型中設置所述楔塊和圓形孔缺陷的直徑、位置；

3)依次激發1～n陣元，獲得n個A掃描信號，每個A掃描信號時域數據形成一個txt文件，共獲得n個txt文件；讀取這n個txt文件形成n列數據矩陣A；

4)依據1～n陣元與所述圓孔形缺陷的相對位置，根據費馬原理計算1～n陣元激發的超聲波到達缺陷位置的最短傳播時間，并計算各陣元相對延遲時間，1～n陣元時間延遲形成n行延遲時間矩陣B；

5)將矩陣A中1～n列數據根據矩陣B中1～n行延遲時間數據分別做延遲處理，形成延遲后的數據矩陣C；

6)將矩陣C中從第1列數據開始的每i列數據，即1～i、2～i+1、3～i+2……49～i+48列數據進行疊加，形成n-i+1組具有偏轉聚焦效果的A掃描時域信號；

7)將n-i+1組A掃描時域信號，進行Hilbert變換，并根據聲束傳播的最短傳播時間產生的傳播路徑依次進行排列，形成棒材的B掃描圖像，圖像中各成像點的幅值極大值位置即為各成像點位置。

優選的是，在所述步驟2)中利用時域有限差分(Finite-Difference Time-Domain，FDTD)超聲模擬軟件WAVE建立所述棒材的二維周向截面模型。