铰链阵列超声相控阵换能器探头控制方法技术

一种铰链阵列超声相控阵换能器探头控制方法属于超声检测技术领域，该控制方法首先固定待测件，使铰链阵列超声相控阵换能器压电阵元的中心压电阵元与待测件的表面接触，然后固定固定支架；在开始检测前，利用音圈电机驱动铰链阵列使各压电阵元与待测件表面完全贴合，其中压电阵元的个数为2N+1个(N＝1、2、3、4、5)，根据待测件大小选取不同的N值；以中心压电阵元的压力值为标准，其余压电阵元的压力值与其的差值作为各自对应音圈电机线圈的控制信号，控制出力杆驱动铰链阵列；采用增量式数字PID控制方法使各压电阵元的压力值保持一致；之后，采用延时法则实现超声波的偏转和聚焦进行超声检测，实现对表面为平面或曲面的待测件的检测。

【技术实现步骤摘要】
铰链阵列超声相控阵换能器探头控制方法
本专利技术属于超声检测
，主要涉及一种铰链阵列的超声相控阵换能器探头控制方法。
技术介绍
近年来，随着工业水平的飞速发展，航空航天及武器装备等对关键结构和性能的要求越来越高，加工过程和工作环境均极易造成产品结构出现孔洞、裂缝及夹杂等缺陷，若缺陷得不到及时准确地检测易诱发各种突发事故。超声检测技术以其良好的指向性、高穿透力、高灵敏度、高效率、高能量、检测范围广，可检测深度大，定位准；直观且易实现自动化；成本低、操作简单、安全且便于应用等优点在检测领域得到了广泛地应用。超声检测技术是指超声波与试件相互作用后，对其反射、透射和散射的波形进行研究，从而完成对试件的宏观缺陷检测、几何特性检测、力学性能变化和组织结构的检测和表征，并对其特定应用性能进行评价的检测技术。近几年，超声相控阵检测技术在工业检测领域发展迅速，超声相控阵检测技术越来越受到重视，并且成为研究的热点，越来越多的研究人员对超声相控阵检测技术进行了深入的研究。重庆大学提出一种电磁超声换能器及其控制方法(一种改进谐振控制的电磁超声换能器及其控制方法。公开号：CN109856251A)。公开了一种改进谐振控制的电磁超声换能器及其控制方法，电磁超声换能器包括高频功率振荡信号输出电路、带偏置磁场的线圈、回波信号检测电路以及主控制器；高频功率振荡信号输出电路由高频逆变驱动电路、阻抗匹配网络、静态匹配电容组成，回波信号检测电路包括高压隔离电路和回波信号滤波电路；主控制器用于采集滤波后的超声回波信号，并根据超声回波信号的包络幅值反馈调整高频逆变驱动频率。改进谐振控制的电磁超声换能器的控制方法能提供电磁超声换能器所需的功率脉冲电压，且静态匹配电容与线圈工作在准谐振状态，从而能在待测物体中激发出最大功率超声波信号，谐波含量小，使得改进谐振控制的电磁超声换能器的检测精度高。该方法存在的问题在于：电磁转化效率较低，灵敏度取决于探头与探伤对象的间隙，且检测时需要特殊夹具。南京邮电大学提出了一种基于超声换能器的电缆损伤检测装置及使用方法(基于超声换能器的电缆损伤检测装置及使用方法。公开号：CN108775880)。公开了一种基于超声换能器的电缆损伤检测装置及使用方法，包括第一外壳与第二外壳，将第二外壳套在第一外壳的旋转轴上，共同组成圆柱形装置，所述第二外壳的内壁上设有用于放置并固定电缆的电缆凹槽，第一外壳与第，二外壳的两侧端面上均设有若干滑槽，所述的滑槽上设有滑块，所述的滑块上安装有用于检测电缆的换能器。该专利技术可以使换能器快速的夹紧到待测电缆上，实现便捷快速的电缆长距离损伤检测同时本专利技术的方法自适应各种不同半径的电缆，并可根据电缆的曲率以及弯曲程度进行一定范围内的微调，使换能器可以与电缆快速接触耦合，并可以很方便的在电缆表面调节换能器的位置，为电缆的超声导波损伤检测提供良好的信号发送与接收环境。该方法存在的问题在于：检测前无法保证换能器各压电阵元所受压力值保持一致，造成检测误差且应用范围局限。目前，市场上基于超声相控阵换能器的检测方法大致分为两大类，一类为基于平面超声相控阵换能器的超声检测方法，然而此类方法不能应用于表面为曲面的待测件的检测；另一类为基于滚轮式超声相控阵换能器的超声检测方法，此类方面虽然能兼顾表面为平面或曲面的待测件，但检测移动过程中很难保证超声相控阵换能器各压电阵元受到的压力值相同，造成检测误差，影响检测结果。综上所述，目前市场缺乏一种兼顾检测表面为平面或曲面的待测件的超声相控阵换能器及其控制方法。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，提出一种铰链阵列的超声相控阵换能器探头控制方法，以兼顾表面为平面或曲面的待测件的检测。在驱动放置超声相控阵换能器压电阵元与待测件表面完全贴合时，利用压电效应将各压电阵元作为压力传感器，采集各压电阵元的压力信号用来控制驱动放置各压电阵元的音圈电机，控制出力杆驱动铰链阵列，最终使各压电阵元的压力值保持一致，减小检测误差。本专利技术是这样实现的：一种铰链阵列的超声相控阵换能器探头控制方法，该控制方法步骤如下，首先固定待测件，使铰链阵列超声相控阵换能器压电阵元的中心压电阵元与待测件的表面接触，然后固定固定支架；音圈电机磁缸对称排列并固连在固定支架上；在开始检测前，利用音圈电机驱动铰链阵列使各压电阵元与待测件表面完全贴合，其中压电阵元的个数为2N+1个(N＝1、2、3、4、5)，根据待测件大小选取不同的N值；利用压电效应将各压电阵元作为压力传感器，采集各压电阵元的压力值；以中心压电阵元的压力值为标准，其余压电阵元的压力值与其的差值作为各自对应音圈电机线圈的控制信号，控制出力杆驱动铰链阵列；采用增量式数字PID控制方法使各压电阵元压力值与中心压电阵元压力值的差值小于误差允许值10-3N，即在误差允许范围内认为最终各阵元的压力值保持一致；之后采用延时法则实现超声波的偏转和聚焦进行超声检测，实现对表面为平面或曲面的不同待测件的检测。与现有技术相比，本专利技术的特点是：本专利技术利用压电效应将压电阵元作为压力传感器，采集压力信号作为超声相控阵阵元的驱动放置的控制信号，保证各阵元压力值一致，减小检测误差；之后，再结合延时法则实现超声波的偏转和聚焦进行超声检测，能够实现对表面为平面或曲面的不同待测件的检测。附图说明：图1是铰链阵列超声相控阵换能器检测装置示意图。图2是音圈电机结构示意图。图3是铰链阵列超声相控阵换能器压电阵元控制框图。图中件号：1—固定支架，2—音圈电机，2a—音圈电机线圈，2b—音圈电机磁缸，3—出力杆，4—压电阵元，5—待测件具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：一种铰链阵列的超声相控阵换能器探头控制方法，所述方法是：首先固定待测件5，使压电阵元4的中心压电阵元与待测件5的表面接触，然后固定固定支架1；音圈电机磁缸2b对称排列并固连在固定支架1上；在开始检测前，利用音圈电机2驱动铰链阵列使压电阵元4与待测件5的表面完全贴合，其中压电阵元的个数为2N+1个(N＝1、2、3、4、5)，根据待测件大小选取不同的N值；利用压电效应将压电阵元4作为压力传感器，采集各压力值，F1，F2，……，FN，……，F2N，F2N+1；以压电阵元4的中心压电阵元的压力值FN为标准，其余压电阵元的压力值与其的差值，e1，e2，……，eN-1，eN+1，……，e2N，e2N+1作为各自对应音圈电机线圈2a的控制信号，控制出力杆3驱动铰链阵列；对各压电阵元的压力值的控制运用增量式数字PID控制方法：其中Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为采样周期，t为当前时刻，y(t)为控制器输出，ei(t)为t时刻采样控制器的输入，ei(t-1)为t-1时刻采样输入，ei(t-2)为t-2时刻采样输入，i＝1，2，……，N-1，N+1，……，2N，2N+1；得到增量式数字PID差分方程：h(t)＝Δy(t)＝y(t)-y(t-1)＝Kp[e(t)-e(t-1)]+KIe(t)+KD[e(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铰链阵列的超声相控阵换能器探头控制方法，所述方法是：首先固定待测件(5)，使压电阵元(4)的中心压电阵元与待测件(5)的表面接触，然后固定固定支架(1)；音圈电机磁缸(2b)对称排列并固连在固定支架(1)上；在开始检测前，利用音圈电机(2)驱动铰链阵列使压电阵元(4)与待测件(5)的表面完全贴合，其中压电阵元的个数为2N+1个(N＝1、2、3、4、5)，根据待测件大小选取不同的N值；利用压电效应将压电阵元(1a)作为压力传感器，采集各压力值，F

【技术特征摘要】
1.一种铰链阵列的超声相控阵换能器探头控制方法，所述方法是：首先固定待测件(5)，使压电阵元(4)的中心压电阵元与待测件(5)的表面接触，然后固定固定支架(1)；音圈电机磁缸(2b)对称排列并固连在固定支架(1)上；在开始检测前，利用音圈电机(2)驱动铰链阵列使压电阵元(4)与待测件(5)的表面完全贴合，其中压电阵元的个数为2N+1个(N＝1、2、3、4、5)，根据待测件大小选取不同的N值；利用压电效应将压电阵元(1a)作为压力传感器，采集各压力值，F1，F2，……，FN，……，F2N，F2N+1；以压电阵元(4)的中心压电阵元的压力值FN为标准，其余压电阵元的压力值与其的差值，e1，e2，……，eN-1，eN+1，……，e2N，e2N+1作为各自对应音圈电机线圈(2a)的控制信号，控制出力杆(3)驱动铰链阵列；对各压电阵元的压力值的控制运用增量式数字PID控制方法：其中Kp为比例系数，Ti为积分...

【专利技术属性】
技术研发人员：史维佳，王丙泉，赵勃，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23