金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法技术

本发明专利技术提出一种金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，包括：采用可控发射方向EMAT作为激励换能器，采用全向EMAT作为接收换能器；每个可控发射方向EMAT都按预设的发射角度范围和角度步长激发导波，全向接收EMAT在每次有导波激发时都接收导波信号；利用导波信号走时筛选出构成散射组的发射EMAT和接收EMAT；根据散射组间距、发射角度和导波信号走时求解散射点位置和散射边方向；将得到的所有散射点按照各自的散射边方向进行曲线拟合，形成实际复杂缺陷的清晰轮廓图像。本发明专利技术能够对金属板的实际复杂缺陷进行高精度成像，对散射点位置和散射边方向的求解准确、运算速度快，对实际复杂缺陷的成像效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无损检测
，特别涉及一种金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法。
技术介绍
金属板构件检测工程中，大多只能判断缺陷的有无并确定其位置，然而更重要的是获得缺陷的尺寸乃至轮廓形状等定量化的信息，这些定量信息是评价金属板结构健康状况、指导其维修和维护工作的重要依据。随着对金属板构件安全的要求日益严格，对金属板构件的检测已不能满足于常规的判断缺陷有无及获得缺陷当量尺寸层面，缺陷定量描述必须向缺陷轮廓形状描述、缺陷高精度成像、缺陷检测结果可视化方向发展。相对于传统无损检测技术，超声导波具有衰减小、传播距离远、声场100％覆盖构件厚度、易于调节导波模态等特点，采用磁声阵列从多角度对阵列所包围区域进行导波检测，能够为缺陷的高精度成像提供更为丰富、准确的缺陷信息。然而，当导波遇到缺陷发生较强程度的散射时，散射的影响和作用占主导地位，散射作用会使传统导波成像方法重建的缺陷图像中产生较多赝像，造成检测盲区，严重影响了金属材料结构件的缺陷定位及成像精度。此外，实际缺陷的形状十分复杂，散射特征多种多样，几乎无法找到统一的模型去描述散射过程及提取散射特征。上述问题是制约电磁超声导波检测技术发展及缺陷成像质量的瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，该方法能够对金属板的实际复杂缺陷进行高精度成像，对散射点位置和散射边方向的求解准确、运算速度快，对实际复杂缺陷的成像效率高。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，包括以下步骤：S1：选取N个可控发射方向EMAT作为激励换能器，选取M个全向接收EMAT作为接收换能器，其中，N、M为正整数，可控发射方向EMAT的发射角度范围为θ1～θ2，角度步长为θs，发射角度总数目为L＝(θ2-θ1)/θs+1；S2：选择第n个可控发射方向EMAT作为本次检测的激励换能器Tn，其中，n＝1,2，…，N；S3：获取所述第n个可控发射方向EMAT的发射角度θl，并将所述第n个可控发射方向EMAT沿所述发射角度θl在待测金属板中激发超声导波，其中，l＝1,2，…，L；S4：从M个全向接收EMAT中选取所有接收到金属板中的超声导波信号的M1个全向接收EMAT，表示为Rm1，其中，m1＝1,2，…，M1，逐个判断Rm1与所述第n个可控发射方向EMAT是否构成散射组(Tn，Rm1)，如果是，则执行步骤S5，否则，执行步骤S7；S5：对于所述散射组(Tn，Rm1)，根据Tn和Rm1的间距、发射角度和接收到导波信号的走时求解散射点的位置P；S6：根据所述散射点的位置P和散射组(Tn，Rm1)的位置，确定导波传播和散射路径，并求解散射边方向；S7：判断是否已经沿所有的发射角度θl都进行了导波激发和接收，如果是，则执行步骤S8，否则，发射角度变为θl+1，并返回所述步骤S3；S8：判断是否所有的可控发射方向EMAT都已进行了超声导波的激发，如果是，则执行步骤S9，否则，将可控发射方向EMAT变为Tn+1，并返回所述步骤S2；S9：将得到的所有散射点按照各自的散射边方向进行曲线拟合，得到实际复杂缺陷的清晰轮廓图像。另外，根据本专利技术上述实施例的金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述可控发射方向EMAT由多个同心的开口金属圆环、用于调节发射角度方向的镶嵌金属导体的旋转滑块组成。在一些示例中，所述全向接收EMAT采用饼型圆周密绕线圈作为接收线圈。在一些示例中，N个可控发射方向EMAT和M个全向接收EMAT以圆形阵列形式均匀布置在待测金属板检测区域周围，并满足M＝K*N，其中，N、M、K为正整数。在一些示例中，相邻两个可控发射方向EMAT间的全向接收EMAT数量相同。在一些示例中，所述步骤S4进一步包括：根据超声导波的走时判断接收到导波信号的所有M1个全向接收EMAT与所述第n个可控发射方向EMAT是否构成散射组，具体为：获取超声导波从Tn到Rm1的实测走时tr，超声导波在金属板中的传播速度v，建立平面直角坐标系，得到可控发射方向EMAT的位置T，全向接收EMAT的位置R，并计算超声导波沿直线直接从位置T传播到位置R所用的理论时间ts为：其中，为平面直角坐标系中位置T到位置R的向量长度；如果tr>ts，则判断Rm1与Tn构成散射组，否则，判断Rm1与Tn不构成散射组。在一些示例中，所述步骤S5进一步包括：对于散射组(Tn，Rm1)，根据Tn和Rm1的间距发射角度和接收到导波信号的走时tr求解散射点的位置P，具体为：在平面直角坐标系中，在△PTR中，∠PTR为已知量，根据余弦定理，向量的长度为：根据超声导波从Tn到Rm1的实测走时tr和超声导波在金属板中的传播速度v，计算向量的长度和向量的长度之和为：可得到如下方程：通过求解所述方程，确定所述散射点的位置P。在一些示例中，在所述步骤S6中，所述散射变方向的计算公式如下：在一些示例中，在所述步骤S9中，对散射点进行曲线拟合得到的拟合曲线为：其中，S为散射点的个数，S为正整数，Pi(xi，yi)为第i个散射点的位置，i＝1,2，…，S。根据本专利技术实施例的金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，采用可控发射方向EMAT和全向接收EMAT以圆形阵列形式均匀布置在检测区域周围，利用导波信号走时筛选出散射组，建立散射点位置和散射边方向高精度求解模型和方法，将散射点按照散射边方向进行曲线拟合，构建实际复杂缺陷的清晰轮廓图像，能够对金属板的实际复杂缺陷进行高精度成像，对散射点位置和散射边方向的求解准确、运算速度快，对实际复杂缺陷的成像效率高。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法的流程图；图2是根据本专利技术一个实施例的金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法的详细流程图；图3是根据本专利技术一个具体实施例的实验结构示意图；图4是根据本专利技术一个具体实施例的金属板实际复杂缺陷轮廓成像结果图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选取N个可控发射方向EMAT作为激励换能器，选取M个全向接收EMAT作为接收换能器，其中，N、M为正整数，可控发射方向EMAT的发射角度范围为θ1～θ2，角度步长为θs，发射角度总数目为L＝(θ2‑θ1)/θs+1；S2：选择第n个可控发射方向EMAT作为本次检测的激励换能器Tn，其中，n＝1,2，…，N；S3：获取所述第n个可控发射方向EMAT的发射角度θl，并将所述第n个可控发射方向EMAT沿所述发射角度θl在待测金属板中激发超声导波，其中，l＝1,2，…，L；S4：从M个全向接收EMAT中选取所有接收到金属板中的超声导波信号的M1个全向接收EMAT，表示为Rm1，其中，m1＝1,2，…，M1，逐个判断Rm1与所述第n个可控发射方向EMAT是否构成散射组(Tn，Rm1)，如果是，则执行步骤S5，否则，执行步骤S7；S5：对于所述散射组(Tn，Rm1)，根据Tn和Rm1的间距、发射角度和接收到导波信号的走时求解散射点的位置P；S6：根据所述散射点的位置P和散射组(Tn，Rm1)的位置，确定导波传播和散射路径，并求解散射边方向；S7：判断是否已经沿所有的发射角度θl都进行了导波激发和接收，如果是，则执行步骤S8，否则，发射角度变为θl+1，并返回所述步骤S3；S8：判断是否所有的可控发射方向EMAT都已进行了超声导波的激发，如果是，则执行步骤S9，否则，将可控发射方向EMAT变为Tn+1，并返回所述步骤S2；S9：将得到的所有散射点按照各自的散射边方向进行曲线拟合，得到实际复杂缺陷的清晰轮廓图像。...

【技术特征摘要】
1.一种金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选取N个可控发射方向EMAT作为激励换能器，选取M个全向接收EMAT作为接收换能器，其中，N、M为正整数，可控发射方向EMAT的发射角度范围为θ1～θ2，角度步长为θs，发射角度总数目为L＝(θ2-θ1)/θs+1；S2：选择第n个可控发射方向EMAT作为本次检测的激励换能器Tn，其中，n＝1,2，…，N；S3：获取所述第n个可控发射方向EMAT的发射角度θl，并将所述第n个可控发射方向EMAT沿所述发射角度θl在待测金属板中激发超声导波，其中，l＝1,2，…，L；S4：从M个全向接收EMAT中选取所有接收到金属板中的超声导波信号的M1个全向接收EMAT，表示为Rm1，其中，m1＝1,2，…，M1，逐个判断Rm1与所述第n个可控发射方向EMAT是否构成散射组(Tn，Rm1)，如果是，则执行步骤S5，否则，执行步骤S7；S5：对于所述散射组(Tn，Rm1)，根据Tn和Rm1的间距、发射角度和接收到导波信号的走时求解散射点的位置P；S6：根据所述散射点的位置P和散射组(Tn，Rm1)的位置，确定导波传播和散射路径，并求解散射边方向；S7：判断是否已经沿所有的发射角度θl都进行了导波激发和接收，如果是，则执行步骤S8，否则，发射角度变为θl+1，并返回所述步骤S3；S8：判断是否所有的可控发射方向EMAT都已进行了超声导波的激发，如果是，则执行步骤S9，否则，将可控发射方向EMAT变为Tn+1，并返回所述步骤S2；S9：将得到的所有散射点按照各自的散射边方向进行曲线拟合，得到实际复杂缺陷的清晰轮廓图像。2.根据权利要求1所述的金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，其特征在于，所述可控发射方向EMAT由多个同心的开口金属圆环、用于调节发射角度方向的镶嵌金属导体的旋转滑块组成。3.根据权利要求1所述的金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，其特征在于，所述全向接收EMAT采用饼型圆周密绕线圈作为接收线圈。4.根据权利要求1所述的金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，其特征在于，N个可控发射方向EMAT和M个全向接收EMAT以圆形阵列形式均匀布置在待测金属板检测区域周围，并满足M＝K*N，其中，N、M、K为正整数。5.根据权利要求4所述的金属板实际复杂缺陷磁声阵列导波散射成像方法，其特征在于，相邻两个可控发射方向EMAT间的全向接收EMAT数量相同。6.根据权利要求1所述的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄松岭，赵伟，张宇，王珅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11