一种识别裂纹方向的方法技术

本发明专利技术涉及一种识别裂纹方向的方法，包括以下步骤：在待检测区域上的任意位置预设焦点，多波声场聚焦在所述预设焦点上；控制所述预设焦点处的声场偏振方向，使其在预设方向上；不断改变预设方向，使所述焦点处声场偏振方向在0‑360°的范围内旋转，并记录不同声场偏振方向下的裂纹回波信号；对所述裂纹回波信号进行处理，得到多波检测的裂纹总回波信号；基于所述裂纹总回波信号的幅度，识别裂纹的方向；改变声场聚焦点的位置，重复上述处理过程，检测整条裂纹的发育方向。利用上述步骤和方法，在不改变入射声束和焦点位置的情况下，通过控制焦点处声场的偏振方向，就可检测出裂纹的方向。

【技术实现步骤摘要】
一种识别裂纹方向的方法
本专利技术涉及超声检测与成像
，尤其涉及一种识别裂纹方向的方法。
技术介绍
在材料表面积聚的应力往往会使材料表面形成极为微小的表面裂纹或亚表面裂纹，其宽度可小至微米量级。这些隐藏在材料和结构件表面或亚表面的极为微小的裂纹在应力或环境(或两者同时)作用下，会继续生长，使工件的机械性能明显变差，而若裂纹沿工件的厚度较薄的方向扩展到一定程度，则会造成工件的断裂。同时又因其尺寸微小，通常又比可见裂纹更具隐蔽性和危险性。因此，为了实现对材料结构安全性的预警，所使用的无损检测方法必须具有可以检出此类裂纹的检测能力，尤其是可以检测裂纹的方向。超声相控阵技术是近年发展起来的一种超声无损检测技术。该技术能有效地提高检测速度和检测信号的信噪比，具有快速、可靠、准确等特点。超声相控阵扫描采用电子技术控制超声换能器各阵元激励脉冲的时延和幅度，产生形状和方向电子可调的超声聚焦声束，进而在不需要移动换能器位置或少移动换能器位置的情况下，对待检区域进行扫描、检测与成像，对待检物的内部结构和缺陷隐患进行查扫并给出图像。综上所述，在超声成像检测中，裂纹的方向识别具有非常重要的意义，但目前并没有有效可靠的方法和手段。在目前的超声检测中，都是按照裂纹可能的分布方向来设置入射声束的方向并达到有效的检测，然而，入射声束的方向往往会受到一些条件的限制，不能随意改变，因而很难检测到某些方向上的裂纹，更不能识别出裂纹的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的，是为了克服现有技术超声成像检测设备和仪器存在的上述技术问题，提供了一种识别裂纹方向的方法，其利用固体介质中超声多波聚焦及声场偏振方向控制等手段，来检测裂纹并识别裂纹方向。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种识别裂纹方向的方法，包括以下步骤：在待检测区域上的任意位置预设焦点，多波声场聚焦在所述预设焦点上；控制所述预设焦点处的声场偏振方向，使其在预设方向上；不断改变预设方向，使所述焦点处声场偏振方向在0-360°的范围内旋转，并记录不同声场偏振方向下的裂纹回波信号；对所述裂纹回波信号进行处理，得到多波检测的裂纹总回波信号；基于所述裂纹总回波信号的幅度，识别裂纹的方向；改变声场聚焦点的位置，重复上述处理过程，检测整条裂纹的发育方向。在一个可能的实现方式中，当所述超声换能器各阵元在待检区域只激发出横波和纵波时，在待检测区域上的任意位置预设焦点，多波声场聚焦在所述预设焦点上，具体为：使超声换能器各阵元发射两个脉冲,控制所述两个脉冲的时间差，使得超声换能器各阵元第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达所述预设焦点；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一脉冲激发的横波同时到达预设焦点，从而实现横波和纵波同时聚焦。在一个可能的实现方式中，当超声换能器各阵元在待检区域中激发出横波、纵波及导波时，在待检测区域上的任意位置预设焦点，多波声场聚焦在所述预设焦点上，具体为：假设在所述预设焦点处有一个假想声源发射声脉冲,理论计算出超声换能器各阵元处的声信号,将所述声信号进行时间反转处理后加载在所述超声换能器各阵元上进行激励,这时在所述预设焦点处得到聚焦声场。在一个可能的实现方式中，当所述超声换能器各阵元只激发出横波和纵波时，所述控制所述预设焦点处的声场偏振方向，使其在预设方向上，具体为：通过控制所述超声换能器各阵元发射的两个脉冲的幅度比，改变第一个脉冲在所述预设焦点处激发的横波幅度与第二个脉冲在所述预设焦点处激发的纵波幅度之间的比值，进而改变由所述预设焦点处声场的两个不同偏振向量合成的预设焦点处声场的总偏振向量的方向，使其在预设方向上。在一个可能的实现方式中，当超声换能器各阵元激发出横波、纵波及导波时，所述控制所述预设焦点处的声场偏振方向，使其在预设方向上，具体为：假设在预设焦点处有一个假想声源沿预设方向偏振并发射声脉冲,理论计算出换能器各阵元处的声信号,将所述声信号进行时间反转处理后加载在换能器各阵元上进行激励,这时在所述预设焦点处得到沿所述预设方向偏振的聚焦声场。在一个可能的实现方式中，当所述超声换能器各阵元在待检区域中只激发出横波和纵波时，所述对所述裂纹回波信号进行处理，得到多波检测的裂纹总回波信号，具体为：将超声换能器各阵元依次接收的回波信号按照纵波时延叠加得到第一时间序列信号；以及将超声换能器各阵元依次接收的回波信号按照横波时延叠加得到第二时间序列信号；将所述第一时间序列信号和所述第二时间序列信号，按照预定的延时规则进行叠加合成得到多波检测的裂纹总回波信号。在一个可能的实现方式中，当超声换能器各阵元激发出横波、纵波及导波时，所述对所述裂纹回波信号进行处理，得到多波检测的裂纹总回波信号，具体为：将超声换能器各阵元依次接收的回波信号进行时间反转处理后，假设加载在换能器各阵元上进行激励，理论上计算出所述预设焦点处的总声波信号，得到多波检测的裂纹总回波信号。在一个可能的实现方式中，所述基于所述裂纹总回波信号幅度，识别裂纹的方向，具体为：提取得到的裂纹总回波信号的幅度与所述焦点处所述声场偏振方向的关系，获得裂纹总回波信号的最大幅度值和最小幅度值分别对应的所述声场偏振方向；基于所述裂纹总回波信号幅度最大时对应的所述声场偏振方向得到裂纹的法线方向，基于所述裂纹总回波信号幅度最小时对应的所述声场偏振方向得到裂纹的发育方向。本专利技术提供的一种识别裂纹的方法，基于固体介质中超声多波聚焦及声场偏振方法的控制手段，在不改变入射声束和焦点位置的情况下，通过控制焦点处声场的偏振方向，就可检测出裂纹并识别其方向，对目前的超声成像检测具有重要意义和应用背景。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种识别裂纹方向的方法流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种裂纹方向检测示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。图1为本专利技术实施例提供的一种识别裂纹方向的方法流程示意图。如图1所示，该方法包括步骤S10-S60：S10，在待检测区域上的任意位置预设焦点，多波声场聚焦在所述预设焦点上。图2为本专利技术实施例提供的一种裂纹方向检测示意图，如图2所示，假设一个具有N个阵元的超声换能器阵列，位于固体介质表面激发和接收超声波，A为预设焦点的位置，采用相关技术，可使超声换能器阵列激发的声波聚焦在预设的位置A上。具体地，当超声换能器阵列只激发横波和纵波时，使超声换能器各阵元发射两个脉冲,控制这两个脉冲的时间差，使得超声换能器各阵元第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点A；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一脉冲激发的横波同时到达预设焦点A，从而实现横波和纵波同时聚焦。当超声换能器各阵元激发出横波、纵波及导波时，基于声波时间反转法使横波、纵波及导波的声场聚焦在所述预设焦点上。具体地，首先假设在预设焦点A处存在一个假想声源发射脉冲信号，根据固体介质中的声传播理论，可以计算出超声换能器各阵元处的声信号，并将该声信号进行时间反转处理后加载在超声换能器对应阵元上进行激励，根据时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种识别裂纹方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：在待检测区域上的任意位置预设焦点，多波声场聚焦在所述预设焦点上；控制所述预设焦点处的声场偏振方向，使其在预设方向上；不断改变预设方向，使所述焦点处声场偏振方向在0‑360°的范围内旋转，并记录不同声场偏振方向下的裂纹回波信号；对所述裂纹回波信号进行处理，得到多波检测的裂纹总回波信号；基于所述裂纹总回波信号的幅度，识别裂纹的方向；改变声场聚焦点的位置，重复上述处理过程，检测整条裂纹的发育方向。

【技术特征摘要】
1.一种识别裂纹方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：在待检测区域上的任意位置预设焦点，多波声场聚焦在所述预设焦点上；控制所述预设焦点处的声场偏振方向，使其在预设方向上；不断改变预设方向，使所述焦点处声场偏振方向在0-360°的范围内旋转，并记录不同声场偏振方向下的裂纹回波信号；对所述裂纹回波信号进行处理，得到多波检测的裂纹总回波信号；基于所述裂纹总回波信号的幅度，识别裂纹的方向；改变声场聚焦点的位置，重复上述处理过程，检测整条裂纹的发育方向。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述超声换能器在待检区域中只激发出横波和纵波时，在待检测区域上的任意位置预设焦点，多波声场聚焦在所述预设焦点上，具体为：使超声换能器各阵元发射两个脉冲,控制所述两个脉冲的时间差，使得超声换能器各阵元第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达所述预设焦点；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一脉冲激发的横波同时到达预设焦点，从而实现横波和纵波同时聚焦。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当超声换能器各阵元在待检区域中激发出横波、纵波及导波时，在待检测区域上的任意位置预设焦点，多波声场聚焦在所述预设焦点上，具体为：假设在所述预设焦点处有一个假想声源发射声脉冲,理论计算出超声换能器各阵元处的声信号,将所述声信号进行时间反转处理后加载在所述超声换能器各阵元上进行激励,这时在所述预设焦点处得到聚焦声场。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述超声换能器各阵元在待检区域中只激发出横波和纵波时，所述控制所述预设焦点处的声场偏振方向，使其在预设方向上，具体为：通过控制所述超声换能器各阵元发射的两个脉冲的幅度比，改变第一个脉冲在所述预设焦点处激发的横波幅度与第二个脉冲在所述预设焦点处激发的纵波幅度之间的比值，进而改变由所述预设焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎守国，黄娟，张碧星，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11