基于全向磁声换能器导波散射成像方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种基于全向磁声换能器导波散射成像方法和装置，其中，方法包括：从均匀布置在待检测金属板检测区域内的N个全向磁声换能器中选择第n个全向磁声换能器激发全向超声导波，将剩下的N‑1个全向磁声换能器作为全向接收磁声换能器全向接收超声导波信号，并计算全向接收超声导波信号的走时和信号强度，判断激励磁声换能器和全向接收磁声换能器构成散射组时计算散射点位置，判断散射点位置位于预设的散射区域内时将散射点位置确定为有效散射点，重复上述过程至N个全向磁声换能器都进行过激发全向超声导波，将全部有效散射点进行曲线拟合得到待检测金属板的缺陷轮廓成像。由此，能够对金属板的实际复杂缺陷进行高精度轮廓成像，操作便捷，效率高。

Guided wave scattering imaging method and device based on omnidirectional acoustic transducer

The invention provides a magnetic acoustic transducer based on omnidirectional guided wave scattering imaging method and device, the method includes: detecting from uniformly arranged on the metal plate in the detection region of N omnidirectional magnetic acoustic transducer select the N omnidirectional magnetic acoustic transducer excitation omnidirectional ultrasonic guided waves, the rest of the N 1 omnidirectional the magnetic acoustic transducer as omnidirectional receiving magnetic acoustic transducer omnidirectional receiving ultrasonic guided wave signal, and calculate the directional receiving ultrasonic guided wave signal travel time and signal strength, determine the excitation transducer and the directional receiving magnetic acoustic transducer scattering calculation group scattered points, determine the scattering region position is preset in the scattering scattering position determining effective scattering points, repeat the above process to N omnidirectional magnetic acoustic transducer have omnidirectional ultrasonic guided wave excitation, all the effective scattering points for curve fitting The defect profile imaging of the metal plate to be detected is obtained. As a result, high-precision imaging of the actual complex defects of the metal plate can be carried out, and the operation is convenient and the efficiency is high.

【技术实现步骤摘要】
基于全向磁声换能器导波散射成像方法和装置
本专利技术涉及无损检测
，尤其涉及一种基于全向磁声换能器导波散射成像方法和装置。
技术介绍
通常，在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。另外，通过获得金属板构件缺陷的尺寸乃至轮廓形状等定量化的信息作为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。相关技术中，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，采用全向磁声换能器从多角度对换能器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。操作不够简单便捷且效率低。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种基于全向磁声换能器导波散射成像方法，该方法能够对金属板的实际复杂缺陷进行高精度轮廓成像，操作便捷，对散射点位置求解准确、运算速度快，对实际复杂缺陷轮廓的成像效率高。本专利技术的第二个目的在于提出一种基于全向磁声换能器导波散射成像装置。为达上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种基于全向磁声换能器导波散射成像方法，包括：S1，从均匀布置在待检测金属板检测区域内的N个全向磁声换能器中选择第n个全向磁声换能器作为激励磁声换能器激发全向超声导波，其中，N为正整数；S2，从所述N个全向磁声换能器中选择m个全向磁声换能器作为全向接收磁声换能器全向接收超声导波信号，并计算所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度，其中，m为正整数且小于或者等于N；S3，判断所述激励磁声换能器和所述全向接收磁声换能器是否构成散射组，若是，则根据所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度、所述散射组的位置计算散射点位置；S4，判断所述散射点位置是否位于预设的散射区域内，若是，将所述散射点位置确定为有效散射点；S5，重复执行所述步骤S1和步骤S4，直至所述N个全向磁声换能器都进行过激发全向超声导波，将获取的全部所述有效散射点进行曲线拟合得到所述待检测金属板的缺陷轮廓成像。本专利技术实施例的基于全向磁声换能器导波散射成像方法，通过从均匀布置在待检测金属板检测区域内的N个全向磁声换能器中选择第n个全向磁声换能器作为激励磁声换能器激发全向超声导波，并将m个全向磁声换能器作为全向接收磁声换能器全向接收超声导波信号，进而在判断激励磁声换能器和全向接收磁声换能器是否构成散射组时根据全向接收超声导波信号的走时和信号强度、散射组的位置计算散射点位置，并判断散射点位置位于预设的散射区域内时将散射点位置确定为有效散射点，最后N个全向磁声换能器都进行过激发全向超声导波，将获取的全部有效散射点进行曲线拟合得到待检测金属板的缺陷轮廓成像。由此，能够对金属板的实际复杂缺陷进行高精度轮廓成像，操作便捷，对散射点位置求解准确、运算速度快，对实际复杂缺陷轮廓的成像效率高。另外，根据本专利技术上述实施例的基于全向磁声换能器导波散射成像方法还可以具有如下附加的技术特征：可选地，所述计算所述全向接收超声导波信号的信号强度AR的公式为，其中，所述全向接收超声导波信号为x(l)，其中l＝1,2，…，L，L为所述全向接收超声导波信号总数据点数。可选地，所述判断所述激励磁声换能器和所述全向接收磁声换能器是否构成散射组，包括：所述全向接收超声导波信号的走时为tr，所述全向接收超声导波信号的传播速度为v，建立平面直角坐标系，所述激励磁声换能器的位置为T，所述全向接收磁声换能器的位置为R，所述全向接收超声导波信号沿直线从位置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，若tr>ts，则确定所述激励磁声换能器和所述全向接收磁声换能器构成散射组。可选地，所述根据所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度、所述散射组的位置计算散射点位置的公式为：和其中，所述激励磁声换能器的位置为T，所述全向接收磁声换能器的位置为R，所述散射点位置的位置为P，为平面直角坐标系中位置T到位置P的向量长度，为平面直角坐标系中位置P到位置R的向量长度，ARS为在位置R接收到的散射波信号强度，A为所述激发全向超声导波的信号强度，as为所述全向接收超声导波信号散射时信号强度的散射衰减系数，以及ARD为在位置R接收到的直来波信号强度。可选地，所述判断所述散射点位置是否位于预设的散射区域内，包括：获取所述激发全向超声导波理论衰减幅值为根据所述激发全向超声导波理论衰减幅值计算导波透射强度比较阈值为AHi∈Nδ(β*AThi)＝(β*AThi-δ,β*AThi+δ)，其中，β为导波模拟透射系数，Nδ(β*AThi)为以β*AThi为中心、以δ为半径的邻域；获取全向接收超声导波信号散射时信号强度的散射衰减系数为计算数量K为K＝Count(i)s.t.(ARi<AHi)，其中，Count(i)为对i进行计数的函数；根据计算K个的所述全向接收磁声换能器的位置和所述激励磁声换能器的位置得到预设的散射区域，以及判断所述散射点位置是否位于预设的散射区域内。可选地，所述曲线拟合的公式为：其中，S为总的所述有效散射点的个数，S为正整数，在平面直角坐标系中，第j个散射点位置为Pj(xj，yj),其中，j＝1,2，…，S。为达上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了一种基于全向磁声换能器导波散射成像装置，包括：选择模块，用于从均匀布置在待检测金属板检测区域内的N个全向磁声换能器中选择第n个全向磁声换能器作为激励磁声换能器激发全向超声导波，其中，N为正整数；第一处理模块，用于从所述N个全向磁声换能器中选择m个全向磁声换能器作为全向接收磁声换能器全向接收超声导波信号，并计算所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度，其中，m为正整数且小于或者等于N；第二处理模块，用于判断所述激励磁声换能器和所述全向接收磁声换能器是否构成散射组，若是，则根据所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度、所述散射组的位置计算散射点位置；确定模块，用于判断所述散射点位置是否位于预设的散射区域内，若是，将所述散射点位置确定为有效散射点；第三处理模块，用于重复执行所述选择模块、所述第一处理模块、所述第二处理模块和确定模块，直至所述N个全向磁声换能器都进行过激发全向超声导波，并将获取的全部所述有效散射点进行曲线拟合得到所述待检测金属板的缺陷轮廓成像。本专利技术实施例的基于全向磁声换能器导波散射成像装置，通过从均匀布置在待检测金属板检测区域内的N个全向磁声换能器中选择第n个全向磁声换能器作为激励磁声换能器激发全向超声导波，并将m个全向磁声换能器作为全向接收磁声换能器全向接收超声导波信号，进而在判断激励磁声换能器和全向接收磁声换能器是否构成散射组时根据全向接收超声导波信号的走时和信号强度、散射组的位置计算散射点位置，并判断散射点位置位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全向磁声换能器导波散射成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，从均匀布置在待检测金属板检测区域内的N个全向磁声换能器中选择第n个全向磁声换能器作为激励磁声换能器激发全向超声导波，其中，N为正整数；S2，从所述N个全向磁声换能器中选择m个全向磁声换能器作为全向接收磁声换能器全向接收超声导波信号，并计算所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度，其中，m为正整数且小于或者等于N；S3，判断所述激励磁声换能器和所述全向接收磁声换能器是否构成散射组，若是，则根据所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度、所述散射组的位置计算散射点位置；S4，判断所述散射点位置是否位于预设的散射区域内，若是，将所述散射点位置确定为有效散射点；S5，重复执行所述步骤S1和步骤S4，直至所述N个全向磁声换能器都进行过激发全向超声导波，将获取的全部所述有效散射点进行曲线拟合得到所述待检测金属板的缺陷轮廓成像。

【技术特征摘要】
1.一种基于全向磁声换能器导波散射成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，从均匀布置在待检测金属板检测区域内的N个全向磁声换能器中选择第n个全向磁声换能器作为激励磁声换能器激发全向超声导波，其中，N为正整数；S2，从所述N个全向磁声换能器中选择m个全向磁声换能器作为全向接收磁声换能器全向接收超声导波信号，并计算所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度，其中，m为正整数且小于或者等于N；S3，判断所述激励磁声换能器和所述全向接收磁声换能器是否构成散射组，若是，则根据所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度、所述散射组的位置计算散射点位置；S4，判断所述散射点位置是否位于预设的散射区域内，若是，将所述散射点位置确定为有效散射点；S5，重复执行所述步骤S1和步骤S4，直至所述N个全向磁声换能器都进行过激发全向超声导波，将获取的全部所述有效散射点进行曲线拟合得到所述待检测金属板的缺陷轮廓成像。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述全向接收超声导波信号的信号强度AR的公式为，其中，所述全向接收超声导波信号为x(l)，其中l＝1,2，…，L，L为所述全向接收超声导波信号总数据点数。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述激励磁声换能器和所述全向接收磁声换能器是否构成散射组，包括：所述全向接收超声导波信号的走时为tr，所述全向接收超声导波信号的传播速度为v，建立平面直角坐标系，所述激励磁声换能器的位置为T，所述全向接收磁声换能器的位置为R，所述全向接收超声导波信号沿直线从位置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，若tr>ts，则确定所述激励磁声换能器和所述全向接收磁声换能器构成散射组。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述全向接收超声导波信号的走时和信号强度、所述散射组的位置计算散射点位置的公式为：和其中，所述激励磁声换能器的位置为T，所述全向接收磁声换能器的位置为R，所述散射点位置的位置为P，为平面直角坐标系中位置T到位置P的向量长度，为平面直角坐标系中位置P到位置R的向量长度，ARS为在位置R接收到的散射波信号强度，A为所述激发全向超声导波的信号强度，as为所述全向接收超声导波信号散射时信号强度的散射衰减系数，以及ARD为在位置R接收到的直来波信号强度。5.如权利要求1所述的方法，所述判断所述散射点位置是否位于预设的散射区域内，包括：获取所述激发全向超声导波理论衰减幅值为根据所述激发全向超声导波理论衰减幅值计算导波透射强度比较阈值为AHi∈Nδ(β*AThi)＝(β*AThi-δ,β*AThi+δ)，其中，β为导波模拟透射系数，Nδ(β*AThi)为以β*AThi为中心、以δ为半径的邻域；获取全向接收超声导波信号散射时信号强度的散射衰减系数为计算数量K为K＝Count(i)s.t.(ARi<AHi)，其中，Count(i)为对i进行计数的函数；根据计算K个的所述全向接收磁声换能器的位置和所述激励磁声换能器的位置得到预设的散射区域，以及判断所述散射点位置是否位于预设的散射区域内。6.如权利要求1所述的方法，所述曲线拟合的公式为：其中，S为总的所述有效散射点的个数，S为正整数，在平面直角坐标系中，第j个散射点位置为Pj(xj，yj),其中，j＝1,2，…，S。7.一种基于全向磁声换能器导波散射成像装置，其特征在于...

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