材料缺陷位置和尺寸的超声多途检测方法技术

本发明专利技术涉及一种材料缺陷位置和尺寸的超声多途检测方法，首先，采用排成一行的传感器阵列的标准收发测量法来测量一个孤立缺陷的尺寸，对接收传感器的超声信号进行建模，识别多途信号；然后，使用传统的超声检测技术，识别出直达反射路径DRP，用同一目标，预估多途组合路径MP-C和多途路径MP-W，用直达反射路径DRP和多途组合MP-C来检测缺陷的顶部，用来检测缺陷底部的多途路径MP-W用来检测缺陷的底部，通过所有被识别的多路径进行超声成像，得到检测缺陷的尺寸。只进行单次测量就能检测缺陷的位置和尺寸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超声检测与成像技术，特别涉及一种材料缺陷位置和尺寸的超声 多途检测方法。
技术介绍
材料缺陷的尺寸在超声无损评价（Non-Destructive Evaluation，NDE)是个很重 要的问题。检测缺陷尺寸的一种直接的方法就是从不同的两个侧面进行B型显示成像，由 于不需要扫描，传感器阵列就可以符合要求。在进行超声缺陷检测时，需要对缺陷的顶部以 及底部进行检测，现有的技术应用最广泛的主要有： 第一种是超声脉冲回波技术，基本原理是超声波传播到两种不同的介质（如空气 和金属试件）界面时，由于两种介质的声学特性存在差异，会产生反射和透射现象。其声压 反射率和透射率与两种介质的声阻抗有关。与刚体介质声阻抗相比，空气的声阻抗很小。因 此超声通过固体和空气界面几乎是全反射。脉冲回波法（即A型扫描）就是通过测量超声 信号往返于缺陷的反射回波的传播时间，来确定缺损和表面的距离，同时也可根据超声同 波的幅度，来分析缺陷的大小。对于平面状缺陷，不管其厚度如何薄，只要超声波是垂直地 射向它就可以获得很高的缺陷回波。因此，对钢板的层叠、分层和裂纹的探伤分辨力很高， 而对单个气孔的探伤分辨力则很低。此外，缺陷回波有一定的指向性，当缺陷取向不利时， 接收探头就可能收不到回波。 第二种是超声波衍射时差法（Time Of Flight Diffraction，T0FD)，它是专为测 量与检测面有较大倾角或垂直于检测面的缺陷的自身高度而发展的一项技术，其测量原理 是以测出缺陷端头位置为基础的。由于侧向波的出现，可使距表面较近的缺陷顶部衍射信 号不能清晰分辨；如果材料为给向异性介质，则声速在不同方向会有变化，影响缺陷高度的 计算。 第三种是超声相控阵扫描检测技术，它是借鉴相控阵雷达技术的原理而发展起来 的，利用阵列换能器，通过控制各阵元发射的声波的相位，实现对超声波声场的控制。由于 超声相控阵是由多个探头发射声波，会对信号造成干扰，并且还有旁瓣等问题，对于信号的 采集和处理变得很困难。而且对于波束的聚焦和偏转控制也是难题。
技术实现思路
本专利技术是针对上述超声检测存在的问题，提出了一种材料缺陷位置和尺寸的超声 多途检测方法，克服现有技术存在的问题，进行单次测量就能检测缺陷的位置和尺寸。 本专利技术的技术方案为：一种，首先，采 用排成一行的传感器阵列的标准收发测量法来测量一个孤立缺陷的尺寸，对接收传感器的 超声信号进行建模，识别多途信号；然后，使用传统的超声检测技术，识别出直达反射路径 DRP，用同一目标，预估多途组合路径MP-C和多途路径MP-W，用直达反射路径DRP和多途组 合MP-C来检测缺陷的顶部，用来检测缺陷底部的多途路径MP-W用来检测缺陷的底部，通过 所有被识别的多路径进行超声成像，得到检测缺陷的尺寸。 所述对接收传感器的超声信号进行建模，识别多途信号，得到检测缺陷的顶部和 底部，具体步骤如下： 1)通过在直达反射路径DRP上的传感器来建立模型，得到r (t)，如下： s (t)表示超声波的原始发射信号，a JP τ i分别表示第i条路径的反射率和延迟 时间； 2)与DRP相对应的第η个接收传感器的信号为： r0，nn(t) = a0 nn (pft) s (t-T0 nn(Pft)) 缺陷中心点的坐标为pf= (x f, yf, zf)，pt为发射传感器的位置，第m个发射传 感器坐标为Pt, m= (X t,m，yt,m，zt, m)，P1^为接收传感器的位置，第η个接收传感器坐标为p μ =(Xtn，ytn，Zm)，Pft表示缺陷顶点的坐标，a ^mn(Pft)表示缺陷顶点的DRP的反射率， τ αηιη(Pft)是与PfJS对应的DRP延迟时间，即发射传感器通过缺陷顶点反射到达接收传感 器的时间； τ〇 mn(pft) = (| |pt n-pft| | + | |pr n-pft| |)/ν， ν表示均匀介质的材料中具有恒定的超声传播速度，M · I I表示欧几里得范数运 算；用直达反射路径DRP来预估相同目标尺寸相对应的MP-I，MP-2, MP-W的延迟时间分别 可表则为： Pfb= (X fb, yfb, zfb)表示缺陷底点的坐标；h表示目标金属物体的高度，对应于 MP-I :贝幢拟传感器 ptl分别位于 p tl,m= p t,m，prl,n= (X r,n，yr,n-2h，zr, n);对应于 MP-2 :虚拟 传感器Pt2分别位于P t2,n= (x t,n, yt,n-2h, zt,n)，prf,n= ρ μ;对应于MP-W :虚拟传感器p t3分 别位于 pr3,n= (xr,n，2h+yr,n，zr, n); 得到一个相应的复合长度即，dat+deil= de，与多途更大的回波峰值相一致，MP-I 和MP-2,其传播路径长度为： 其中dat为发射传感器到缺陷顶点的超声波传播路径长度，du为缺陷顶点到接收 传感器的超声波反射路径长度；X ft为缺陷顶点的横坐标，Xt为发射传感器的横坐标，为 接收传感器的纵坐标；yft为缺陷顶点的纵坐标， 将多途MP-I和多途MP-2称为组合多途，表示为MP-C ;则组合多途的组合延迟时 间为 将找到的xft、化代入可得到与缺陷顶点p ft相对应的组合路径MP-C延迟时间 τ(Pft)，再估算出与缺陷顶点Pfb相对应的MP-W路径延迟时间τ w nin (Pfb)。 所述超声成像，确定检测缺陷的尺寸： 缺陷成像像素 q大小可以由如下公式合成： I (q) = I〇(q)+Ic(q)+Iw(q) I0 (q)、Ic (q)和Iw (q)分别为DRP、MP-C和MP-W对应的图像密度， 利用相干感知成像技术得到像素 q的DRP图像密度I。(q)为： Wnin (q)为对应像素 q的第m个发射传感器和第η个接收传感器的加权；卷积*是 用来匹配滤波和提高输出信号的信噪比，sT(t)表示从发射传感器经过不同路径反射后首 次到达接收传感器的信号，s (t)表示超声波的原始发射信号； MP-C和MP-W对应的图像密度分别为： a anin (pft)表示组合路径MP-C缺陷顶点pft的反射率； a W nin (Pfb)表示MP-W路径缺陷底点pfb的反射率； τ (Pft)是与缺陷顶点Pft相对应的组合路径MP-C延迟时间； τ w nin (Pfb)是与缺陷顶点Pfb相对应的MP-W路径延迟时间。 本专利技术的有益效果在于：本专利技术，超声 多途在材料上下表面之间反射形成虚拟阵列（虚拟传感器），扩展了传感器可视孔径和可 视角度；多途成像揭示了额外的材料内部信息，如裂纹大小、裂纹底面情况，这些信息通过 单独直达反射信号难以获得；超声信号多途信号突破了传感器检测范围的极限性，可以产 生扩展的虚拟阵列孔径从而加强成像能力，也就是观察到的多途信号提供了额外的数据， 可融合并加强成像，检测时只进行单次测量就能检测缺陷的位置和尺寸。【附图说明】 图Ia为超声多途检测中的直达反射路径DRP不意图； 图Ib为超声多途检测中的多途路径MP-I不意图； 图Ic为超声多途检测中的多途路径MP-2不意图； 图Id为超声多途检测中的多途路径MP-W不意图； 图2a为表示多途本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料缺陷位置和尺寸的超声多途检测方法，其特征在于，首先，采用排成一行的传感器阵列的标准收发测量法来测量一个孤立缺陷的尺寸，对接收传感器的超声信号进行建模，识别多途信号；然后，使用传统的超声检测技术，识别出直达反射路径DRP，用同一目标，预估多途组合路径MP‑C和多途路径MP‑W，用直达反射路径DRP和多途组合MP‑C来检测缺陷的顶部，用来检测缺陷底部的多途路径MP‑W用来检测缺陷的底部，通过所有被识别的多路径进行超声成像，得到检测缺陷的尺寸。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈希忠，郭杜斌，王磊，王政文，韩发新，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：上海;31