基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法及装置。所述方法包括：选取多个不同厚度的试块，确定试块的厚度序列；根据厚度序列，激励被测超声换能器在试块中产生超声波；根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描试块，以接收超声波；根据接收到的超声波，确定被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；根据二维辐射声场分布，确定被测超声换能器的三维辐射声场分布。本发明专利技术解决了传统水浸法和光弹法在测量超声换能器辐射声场测量时存在的诸多不足，特别是在测量EMAT辐射声场方面，通过扫描测量不同厚度的试块可以准确的了解超声换能器三维辐射声场在实际被检材料试块内的分布特性。

【技术实现步骤摘要】
基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法及装置
本专利技术涉及超声无损检测领域，具体涉及测量超声换能器三维辐射声场技术，尤指一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法及装置。
技术介绍
在超声无损检测中，如何快速、准确的获取缺陷的为位置与大小，保证检测结果的准确性和可靠性，一直是无损检测中重要的研究内容。传统的超声检测方法是利用压电超声换能器，即利用压电晶体的压电效应激发超声波，这种方式具有激发信号强，检测灵敏度高等优点。但压电超声检测法中的超声波是在压电晶体中激发，其在空气中传播会有严重的能量损失。因而压电超声检测法为了降低超声能量在空气中的损失，需要在压电晶体与待测试块之间涂抹耦合剂以保证声阻匹配，进而使超声能量能够从压电晶体顺利传输至待测试块中。从以上分析可以看出，超声换能器是实现超声波激励与接收的关键部件，是整个超声检测系统中重要的组成份部分，即压电超声换能器或电磁超声换能器的性能是影响超声无损检测准确性和可靠性的关键之一。进一步，对于超声换能器设计人员而言，希望设计不同辐射声场的换能器以满足不同的现场检测需求；而对于超声换能器使用人员而言，在实际检测中超声换能器的辐射声场是制定检测工艺的重要依据。因此，无论是在超声换能器设计还是使用过程中，为了保证检测准确性和可靠性，均需要准确了解超声换能器所激励超声波的辐射声场分布特性，即需要实际测量出超声换能器的辐射声场。传统的超声换能器声场的测量方法有两种：一水浸法；二是光弹法。水浸法是将待测压电换能器浸于水中，利用水听器作为接收超声换能器，接收来自被测换能器的超声信号。改变压电超声换能器的倾角与水听器的距离，通过测量不同距离与不同倾角时的超声信号幅值，逐步测量出换能器的声场，由于水中只能传播纵波，不能传播横波，水浸法只能测量压电纵波换能器。但对于电磁超声换能器，检测试块作为其重要的组成部分，超声波只能在金属试块内激励与传播，因此水浸法并不适用于测量EMAT的辐射声场。此外，水的声速和声阻抗与实际检测的金属材料差异较大，水浸法测量的声场与实际检测中换能器在被检试块中传播的声场具有较大的差异，特别是对于EMAT而言，该方法的测量结果并不能准确反映换能器在被检对象中的辐射声场特性。光弹法是基于动态光弹性法，将压电超声换能器置于透明固体样品上，并在压电超声换能器与样品之间涂抹耦合剂。激励压电超声换能器产生超声波，利用数字CCD相机对辐射声场进行拍摄成像。采用光弹法可以对压电超声横波换能器与纵波换能器进行测量。但对于电磁超声换能器而言，超声波的激励与传播都在金属材料内，而光弹法常用透明的有机玻璃作为超声传播介质，因此光弹法也不适用于对EMAT所激励产生的辐射声场进行测量。且使用光弹法灵敏度偏低，系统受到噪声的影响较大，实验测量系统较为复杂。
技术实现思路
为了解决传统的超声换能器声场的测量方法存在的问题，本专利技术实施例提供一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法，所述方法包括：选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。可选的，在本专利技术一实施例中，所述根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波包括：在所述试块断面上预设的扫描区域内，利用电磁超声换能器按照预设的扫描步距及扫描路径，对所述试块进行扫描，以接收所述超声波。可选的，在本专利技术一实施例中，所述根据所述二维辐射声场分布特性，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布包括：将对应于不同厚度试块的所述二维辐射声场分布值，采用插值算法计算声场区的三维空间各点的声场值，从而得到所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。可选的，在本专利技术一实施例中，所述方法还包括：根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的声束及声压与传播距离的关系。可选的，在本专利技术一实施例中，所述方法还包括：获取在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，以及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号；根据在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，确定影响系数；根据所述影响系数对所述三维辐射声场分布、声束及声压与传播距离的关系进行补偿。本专利技术实施例还提供一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的装置，所述装置包括：试块选取模块，用于选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；超声波激励模块，用于根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；超声波扫描模块，用于根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；二维声场分布模块，用于根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；三维声场分布模块，用于根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。可选的，在本专利技术一实施例中，所述超声波扫描模块包括：超声波扫描单元，用于在所述试块断面上预设的扫描区域内，利用电磁超声换能器按照预设的扫描步距及扫描路径，对所述试块进行扫描，以接收所述超声波。可选的，在本专利技术一实施例中，所述三维声场分布模块包括：三维声场分布单元，用于将对应于不同厚度试块的所述二维辐射声场分布值，采用插值算法计算声场区的三维空间各点的声场值，从而得到所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。可选的，在本专利技术一实施例中，所述装置还包括：声束声压模块，用于根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的声束及声压与传播距离的关系。可选的，在本专利技术一实施例中，所述装置还包括：自激自收信号模块，用于获取在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，以及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号；影响系数模块，用于根据在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，确定影响系数；补偿模块，用于根据所述影响系数对所述三维辐射声场分布、声束及声压与传播距离的关系进行补偿。本专利技术通过基于EMAT断层扫描解决了传统水浸法和光弹法在测量超声换能器辐射声场测量时存在的诸多不足，特别是在测量EMAT辐射声场方面。通过扫描测量不同厚度的试块可以准确的了解超声换能器三维辐射声场在实际被检材料试块内的分布特性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法，其特征在于，所述方法包括：/n选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；/n根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；/n根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；/n根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；/n根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法，其特征在于，所述方法包括：
选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；
根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；
根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；
根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；
根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波包括：在所述试块断面上预设的扫描区域内，利用电磁超声换能器按照预设的扫描步距及扫描路径，对所述试块进行扫描，以接收所述超声波。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述二维辐射声场分布特性，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布包括：将对应于不同厚度试块的所述二维辐射声场分布值，采用插值算法计算声场区的三维空间各点的声场值，从而得到所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的声束及声压与传播距离的关系。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，以及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号；
根据在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，确定影响系数；
根据所述影响系数对所述三维辐射声场分布、声束及声压与传播距离的关系进行补偿。


6.一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑阳，张宗健，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11