【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无损检测，涉及一种基于一发一收相控阵探头的分层缺陷轮廓重建方法。
技术介绍
1、分层缺陷作为金属和复合材料服役过程中常见的损伤形式，影响了构件的力学性能和使用寿命。因此，对金属及复合材料层合板内部的分层缺陷进行无损检测研究至关重要。超声检测灵敏度和穿透力高，对面积型缺陷敏感，已经成为分层缺陷检出和定量的重要方法之一。常规超声可以通过a扫、b扫和c扫等显示方式呈现分层缺陷位置和尺寸，但考虑到声场覆盖范围、构件表面复杂程度和检测效率等因素影响，常规超声检测难以满足分层缺陷精确定量要求。
2、针对上述问题，相控阵超声通过延时激发各个晶片，实现对超声束的扫描、偏转和聚焦，其对分层缺陷的定位及定量精度超过了常规超声方法。若待测结构表面平整，利用直入射相控阵超声结合b扫和c扫等图像，能够实现水平分层缺陷的定量检测(曹弘毅等.复合材料层压板分层缺陷相控阵超声检测参数优化方法.材料工程,2020,48(9):158-165)。全聚焦等超声信号后处理方法可通过呈现缺陷轮廓特征，实现构件内部分层缺陷的识别与定量(钟芳桃等.航空金属薄板分层缺陷的频率-波数域超声相控阵全聚焦法成像检测.无损检测,2021,43(7):50-56)。需要指出的是，上述研究均是针对表面规则结构中的分层缺陷实施直入射检测，而实际待测结构表面往往不平整，甚至存在余高或凹陷。利用相控阵探头直入射检测时，余高和凹陷使得探头难以放置在待测区域正上方，造成声场难以有效覆盖待测区域。采用匹配角度楔块的斜入射检测时，由于分层缺陷取向接近水平，表面反射波很难返回并
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于一发一收相控阵探头的未知分层缺陷轮廓重建方法，其目的是针对先验未知分层缺陷轮廓重建困难的问题，将两个对称布置的相控阵探头组成一发一收模式进行全矩阵数据采集，通过模式波种类选择和被检区域逐点延时叠加成像处理，实现未知分层缺陷的完整轮廓重建和定量检测。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种基于一发一收相控阵探头的分层缺陷轮廓重建方法，采用由相控阵超声检测仪、两个相控阵探头和楔块构成的检测系统，两个相控阵探头与楔块组成一发一收模式采集全矩阵数据；针对待测区域的位置，选择相应模式波；最后实施延时叠加处理，从而实现先验未知分层缺陷的轮廓重建与定量检测；
4、步骤如下：
5、(a)检测参数确定
6、针对待测试块的材料、形状和尺寸信息，选择一对中心频率和阵元完全相同的相控阵探头、一对完全相同的角度匹配楔块，将楔块连接到相控阵探头上组成一个整体；
7、(b)全矩阵数据采集
8、连接相控阵探头、楔块和相控阵超声检测仪，其中两组相控阵探头与楔块组成一发一收模式，楔块相向对称放置于待检测区域两侧并进行耦合，使得两相控阵探头呈八字型分布；定义两楔块高端面的间距为pcs；左侧发射相控阵探头依次激励各阵元，并由右侧相控阵探头各阵元分别接收超声信号，当所选相控阵探头阵元数量为n时，共采集包含n2个a扫描信号的全矩阵数据；
9、(c)重建区域网格划分
10、以楔块和待测试块交界面为x轴，发射相控阵探头第一阵元在x轴的投影点为原点，以发射侧楔块低端面到高端面的方向为x轴正向，待测试块深度方向为y轴正向建立坐标系；将待检测区域进行网格化，各网格节点定义为图像重建点，任意图像重建点p的坐标为(x0,y0)；
11、(d)模式波种类选择
12、以图像重建点为界，根据声束在待测试块内部传播路径的不同，分为直接模式和全跨模式；其中，直接模式是指发射声束直接与分层缺陷作用，经缺陷表面反射后直接被接收相控阵探头捕捉，对于一发一收相控阵探头，称为dt模式；全跨模式是指发射和接收声束在与缺陷作用前后均经过一次底面反射，对于一发一收相控阵探头，称为ft模式；声束在待测试块内部传播过程中，每次反射和波型转换前后的声程为纵波l或横波t，则dt模式共包含l-l、t-t和l-t三种模式波；ft模式共包含ll-ll、ll-lt、ll-tl、ll-tt、lt-tt、lt-lt、lt-tl、tl-tt、tl-tl和tt-tt十种模式波；不同模式波的声场覆盖范围不同，实际检测过程中，待测试块厚度、pcs和检测区域确定后，根据不同模式波的声场覆盖范围对应选择适用的模式波；
13、(e)模式波传播声时及折射点位置计算
14、相控阵探头各阵元的激励声束会在楔块与待测试块界面、待测试块底部和缺陷表面发生反射/折射；对于发射相控阵探头第i个阵元发射，接收相控阵探头第j个阵元接收的a扫描信号，定义发射侧楔块和待测试块间的折射点坐标为(x1，0)，接收侧楔块和待测试块间的折射点坐标为(x2，0)；楔块内声程定义为si0，对应声速为c0；ft模式在待测试块内，与缺陷作用前的发射路径有二段声程，从折射点(x1，0)开始定义第一段声程si1与第二段声程si2，其对应声速为c1和c2，两个声速为纵波或横波；ft模式的发射路径传播声时表示为：
15、
16、式中，tip(x0，y0)表示发射探头第i个阵元发射声波到图像重建点p所用传播时间；同样，对于接收路径按照如上原理进行声时计算；
17、
18、式中，tpj(x0，y0)表示点p散射波到接收相控阵探头第j个阵元所用传播时间，即接收路径传播声时，sj0表示接收路径中楔块内声程，sj1和sj2表示待测试块内传播的二段声程，c3和c4为待测试块内声程对应声速，其为纵波或横波；
19、对于dt模式，待测试块内的发射和接收路径均只有一段声程，对应声时分别表示为：
20、
21、
22、对于选定的模式波，结合式(1)和式(2)或结合式(3)和式(4)，根据费马定理，利用式(5)计算得到入射信号和接收信号在界面处折射点的横坐标x1和x2：
23、
24、(f)延时叠加成像
25、基于反演计算的x1和x2，对应声时tip与tpj也可得到；根据延时叠加成像原理，该模式波下点p的虚拟聚焦幅值为：
26、
27、式中，aij()为发射探头第i个阵元发射、接收探头第j个阵元接收的a扫描信号；
28、(g)缺陷轮廓重建和定量检测
29、对每个重建点进行步骤(e)和(f)的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于一发一收相控阵探头的分层缺陷轮廓重建方法，其特征在于，采用由相控阵超声检测仪、两个相控阵探头和楔块构成的检测系统，两个相控阵探头与楔块组成一发一收模式采集全矩阵数据；针对待测区域的位置，选择相应模式波；最后实施延时叠加处理，从而实现先验未知分层缺陷的轮廓重建与定量检测；
【技术特征摘要】
1.一种基于一发一收相控阵探头的分层缺陷轮廓重建方法，其特征在于，采用由相控阵超声检测仪、两个相控阵探头和楔块构成的检测系统，两个相控阵探头与...
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