[發明專利]基于無損檢測的陣列式異位接收超聲波合成孔徑聚焦方法

有效

• 申請號: 201910669341.0
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110361453B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 陳曦微;鄭懿;馬飛鴻;梁居祥
• 申請（專利權）人: 四川幔殼科技有限公司
• 主分類號: G01N29/22
• 分類號: G01N29/22;G01N29/265;G01N29/06;G01N29/44
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉世權

本發明公開了基于無損檢測的陣列式異位接收超聲波合成孔徑聚焦方法，在開始數據采集前首先需要確定探測區域，根據探測水平分辨率需求在待測面上進行網格劃分，確定所有掃描點位；然后按照沿著第一條水平網格線從左至右逐格移動，依次在每個點位上進行掃描，重復該過程，直至區域內所有點位掃描完畢；之后進行數據采集、數據處理和聚焦成像。本發明加入了瞬時幅值提取、散射角衰減控制、時間增益補償等相應的信號優化模塊，能顯著提升聚焦能力，提高成像分辨率。

技術領域

本發明涉及一種基于無損檢測的陣列式異位接收超聲波合成孔徑聚焦(SAFT)方法。

背景技術

隨著我國經濟持續穩定向前發展，國家對基礎設施建設力度日漸加強，高速(客運專線)/重載鐵路和高速公路分別是鐵路、公路陸路交通發展的主方向，新建鐵路、公路隧道的等級、規模、數量逐年遞增。在隧道工程中，混凝土是建筑物主要的結構材料之一，混凝土是一種多相復合體系，各相隨機地交織在一起，形成極為復雜的內部結構，混凝土的損壞是不可避免的，包括物理過程，如凍融循環、火、水的侵蝕以及化學過程，如碳化、鋼筋銹蝕等，在混凝土內部出現蜂窩或空洞等缺陷，降低混凝土構件的承載能力，導致隧道結構安全問題。因此對于混凝土的無損檢測尤為關鍵。目前應用于混凝土無損檢測的方法主要有超聲波法、電磁法、紅外等。由于超聲波對混凝土的穿透能力強，且探測精度高，因此廣泛應用于混凝土內部缺陷檢測。

在混凝土超聲檢測中，B掃描是顯示混凝土內部結構的一種非常有效的檢測方法，一次B掃描就能得到混凝土內部結構的一個剖面。然而由于混凝土材料對高頻超聲波很強的衰減作用，再加上超聲波在混凝土中隨機散射，結構噪聲，邊界反射等，導致B掃描直接成像方法的分辨率較低，難以對很多內部異常進行準確定位。合成孔徑聚焦技術(SAFT)是對B掃描數據進行進一步處理，將波形信號通過走時矯正聚焦成像，讓探測結果由反射信號波形轉變為直接顯示內部散射點圖像，進而增強分辨率的一種有效方法，它的思想最早源于地震信號處理中偏移成像方法，而后引入到雷達信號處理領域，形成合成孔徑雷達成像技術(SAR)，得到了廣泛應用。

合成孔徑聚焦的基本原理如圖1所示：當一超聲發、收的探頭沿箭頭方向移動，每隔距離D發射一個聲波，同時接收來自物體內反射點的聲反射信號并加以儲存。根據各成像點的空間位置，對接收到的信號作適當的信號歸為得到物體內的逐點聚焦成像，這就是合成孔徑聚焦技術。

傳統超聲波合成孔徑聚焦技術中，傳感器以一定步長沿線性孔徑軌跡移動，在軌跡上的孔徑位置向目標區域發射脈沖信號，進而接收和存儲發射回波信號，在下一孔徑位置重復該過程，直到掃描完成；然后對相應孔徑檢測信號的回波做延時調整實現逐點聚焦，最終重建整個目標區域的圖像。目前傳統超聲波合成孔徑聚焦技術在混凝土檢測領域中應用存在幾方面的問題：1.單探頭自激發自接收模式在實際檢測中很難采集足夠多道數據，信號疊加度不夠，信噪比低，且非常耗時，檢測效率低下；2.單探頭在多個不同位置進行自激發自接收，隨機誤差率較高，會對探測超聲信號的一致性造成影響，降低成像精度；3.傳統聚焦方法未專門針對混凝土材料高各向異性以及強衰減作用，對回波信號進行優化處理，導致信號干擾嚴重、聚焦散亂，分辨率低下不能滿足當今混凝土構件無損檢測精度需求。

發明內容

本發明基于混凝土無損檢測提出的新型陣列式異位接收SAFT成像方法，利用了超聲探頭陣列異位接收、多道數據疊加的優勢，并針對混凝土材料特性加入了一系列數據優化處理手段，解決了傳統混凝土無損檢測中超聲波聚焦散亂，信噪比低，深層分辨率不夠等問題，能獲取待測區域高精度B-掃描剖面，圖像分辨率更高，內部結構定位更加準確，同時提高了探測效率，節約了成本。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

基于無損檢測的陣列式異位接收超聲波合成孔徑聚焦方法，在開始數據采集前首先需要確定探測區域，接著對待探測區域及周邊進行安全檢查，確保施工安全，然后進行方位校正，根據探測水平分辨率需求在待測面上進行網格劃分，確定所有掃描點位；