本发明专利技术属于无损检测技术领域，具体为一种基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测方法，该方法包括相控阵超声发射和接收步骤、缺陷判别步骤、延迟时间计算步骤、回波信号后处理步骤以及B型图重构步骤共五个步骤。本发明专利技术将超声回波信号准确聚焦到缺陷位置，可以解决当缺陷反射回波信号的信噪比过低时所造成的缺陷识别困难的问题；本发明专利技术可以有效解决由于被检工件的材料不均匀导致理想焦点与实际焦点存在偏差的问题，对于分层介质和各向异性介质的相控阵超声检测，可以有效提高检测分辨率；本发明专利技术还可以减少相控阵探伤仪等硬件系统误差所引起的超声成像结果模糊、畸变问题，提高相控阵超声成像质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无损检测
，具体涉及。
技术介绍
无损检测(nondestructive testing)简称NDT,是以不损害被检验对象的适应性能为前提，应用多种物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构件进行有效的检验和测试，借以评价他们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。常规的五大无损检测方法主要有射线检测、超声检测、渗透检测、磁粉检测、涡流检测。超声检测(UT)是利用探头激励超声波经过耦合剂耦合后传进待检工件中，当超声波遇到缺陷时会产生反射、折射等现象，通过分析反射波或透射波的能量幅值、声速、信号 频率的变化等方式来进行检测。相控阵超声检测技术是通过电子方式控制换能器阵列中各阵元，按照一定的延迟时间，规则地发射和接收超声波，从而控制超声波束在被检工件中偏转和聚焦，来实现对材料的无损检测，其包括相控阵超声发射和接收两部分。相控阵超声发射的工作原理基于惠更斯-菲涅尔原理，当各阵元被同频率的脉冲激励时，所发射的超声波将发生干涉形成合成波阵面，从而在空间中形成稳定的超声场；如果改变各阵元的激励脉冲时间，使它们按照一定的延迟时间发射，则根据惠更斯原理，所发射的超声波会在空间叠加合成新的波阵面，从而实现声束偏转或聚焦等特性。根据互易原理，相控阵接收时也是用延迟的方法来达到的，按照回波到达各阵元的时间差对各阵元接收信息进行延时补偿，然后叠加起来，从而获得某目标方向上的反射回波；同时，通过各阵元的相位、幅值控制以及声束形成等方法，可形成动态聚焦、变孔径、变迹等多种相控效果。在相控阵超声检测时，由于被检测材料的实际声速与假定声速存在偏差，或被检测材料存在粗晶、各向异性、非均匀等情况导致超声信号传播时声束的非均匀性，都会引起超声信号传播过程中相控阵超声合成信号的畸变，从而导致缺陷检测时声束聚焦和声束合成的困难，严重影响了相控阵超声成像的空间分辨率和对比度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出，采用相控阵直探头中各阵元接收的超声回波信号作为反馈信号，通过提取信号中的缺陷信息获得缺陷回波到达距离缺陷最近的几个相邻阵元的时间差值，然后根据这几个阵元的时间差值，无需再次激励超声波，只需对这几个阵元的接收信号进行延迟处理，便使这几个阵元所接收的回波信号聚焦在缺陷位置。根据实际接收的回波信号来调整阵元的接收延迟时间，实现声束在缺陷位置的准确聚焦，可以有效提高缺陷的检测分辨率。本专利技术提出，其中，该检测方法需要的检测装置包括相控阵超声探伤仪和相控阵直探头，其中相控阵超声探伤仪与相控阵直探头电连接，相控阵直探头是具有多个阵元晶片的一维线性探头。检测方法具体包括以下几个步骤步骤一、相控阵超声发射和接收步骤。首先，设置相控阵探伤仪，进行相控阵线形电子扫描，设置一次发射/接收超声波所选取的阵元个数(该值一般为相控阵直探头阵元个数的1/4)和线形电子扫描的步进值(该值取I个阵元)，同时设置相控阵直探头发射超声波聚焦位置为被检测工件下表面(该值由被检测工件的厚度所决定)，相控阵直探头接收超声回波信号方式为动态深度聚焦(DDF)方式，动态深度聚焦方式的设置包括起始聚焦深度、终止聚焦深度和聚焦深度步进三个参数，起始聚焦深度和终止聚焦深度由被检测工件的厚度所决定，聚焦深度步进由要求的检测精度决定，该方式可以使来自不同聚焦深度位置的超声回波信号处于聚焦状态。通过上述设置，相控阵探伤仪将相控阵直探头中相邻的多个阵元成为一个发射阵列孔径，对每个阵列孔径中的所有阵元进行控制，阵列孔径中的各个阵元按照相控阵探伤仪计算好的延迟时间值发射超声波，同时，该阵列孔径中的各个阵元均接收超声回波信号，这些超声回波信号中包含有被检测工件上下表面的反射回波以及缺陷的反射回波，按照相控阵探伤仪计算好的动态深度聚焦时的各聚焦深度位置的延迟时间值，将该阵列孔径中各个阵元所接收的超声回波信号做动态深度聚焦处理合并为一束超声 信号，定义为该阵列孔径的超声合成信号。依次控制各个阵列孔径发射和接收超声波，即可获得各个阵列孔径的超声合成信号。步骤二、缺陷判别步骤。对步骤一中各阵列孔径获得的超声合成信号中的数据用亮度(或颜色)来表征，得到被检测工件的一个二维截面图，即为B型显示，由于B型显示图中包含有被检测工件上下表面的反射回波的信息，因此从B型图中可确定出缺陷的二维位置信息；步骤三、延迟时间计算步骤。根据步骤二中初步判别的缺陷位置信息，选定距离该缺陷位置最近的一个阵列孔径，根据该阵列孔径中的各个阵元在步骤一中所接收的超声回波信号，在该缺陷位置处加矩形时间窗或数字信号处理中任意用于提取给定区间内信息的窗函数，提取该缺陷位置的回波信息。然后，根据该阵列孔径中各个阵元接收相同缺陷反射的超声回波信号具有相关性的原理，利用互相关法，计算超声波从该缺陷位置到达该阵列孔径中各个阵元的时间差值；互相关法的具体操作包括以下几个步骤(I)选取距离该缺陷位置最近的一个阵列孔径，以该阵列孔径中距离该缺陷最近的一个阵元在步骤一中所接收的超声回波信号的数据作为参考信号x(n) (n=0, 1，2…N-l)，取该阵列孔径中的其它任一阵元在步骤一中所接收的超声回波信号的数据作为被测信号y(n) (n=0，l，2…N-l)，n表示序列中的位置，N为步骤一中各阵元接收超声回波信号的采集点数，对于厚度为h，纵波声速为c的被检测工件，当相控阵超声探伤仪的采样频率为M时，N = (2h/c)*M ；(2)设置循环相关运算的循环周期长度为L，L彡2N-1,将参考信号x(n)(n=0, I, 2…N-l)和被测信号y(n) (n=0, I, 2…N_l)分别补零至长度为L ;对补零后的参考信号x(n) (n=0, I, 2…L-1)和补零后的被测信号y (n) (n=0, I, 2…L_l)进行快速傅里叶变换(FFT)得到X(k) (k=0, I, 2-L-1)和Y(k) (k=0，1，2…L_l)，其中X(k)表示补零后的参考信号x(n)从时域信号做快速傅里叶变换(FFT)后变为频域信号的序列，Y(k)表示补零后的被测信号y(n)从时域信号做快速傅里叶变换(FFT)后变为频域信号的序列，k表示傅里叶变换后X(k)和Y (k)序列中的位置；(3)对X(k)做共轭运算，将共轭运算结果与Y(k)作复数相乘，复数相乘后的结果为互相关函数R(k)，再对R(k)作快速傅里叶反变换(IFFT)，提取其实部R( T )，则R(k)取最大值时所对应的实部R(T)中的T就是所要求的参考信号和被测信号的时间差值。(4)分别依次将该阵列孔径中的其它阵元在步骤一中所接收超声回波信号的数据作为被测信号进行(I) (3)的计算，求得该阵列孔径中各个阵元相对于参考信号的时间差值，这些时间差值即为所选定阵列孔径中各个阵元接收缺陷反射回波信号的延迟时间。步骤四、回波信号后处理步骤。取步骤一设置动态深度聚焦时的各聚焦深度位置中距离缺陷最近的一个聚焦深度位置的延迟时间值，用步骤三中获得的所选定的阵列孔径中各个阵元的延迟时间值代替，保持其它聚焦深度位置的延迟时间值不变，则使所选定的阵列孔径中各阵元所接收的超声回波信号聚焦到缺陷位置。按照上述处理后的延迟时间值对所选定的阵列孔径中各阵元接收的超声回波信号进行重新合成处理，形成该阵列孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤一、相控阵超声发射和接收步骤：设置相控阵探伤仪，进行相控阵线形电子扫描，设置一次发射/接收超声波所选取的阵元个数和线形电子扫描的步进值，同时设置相控阵直探头发射超声波聚焦位置为被检测工件下表面，相控阵直探头接收超声回波信号方式为动态深度聚焦方式，通过上述设置，相控阵探伤仪将相控阵直探头中相邻的多个阵元成为一个发射阵列孔径，对每个阵列孔径中的所有阵元进行控制，阵列孔径中的各个阵元按照相控阵探伤仪计算的延迟时间值发射超声波，同时，该阵列孔径中的各个阵元均接收超声回波信号，按照相控阵探伤仪计算的动态深度聚焦时各聚焦深度位置的延迟时间值，对这些超声回波信号进行动态深度聚焦处理合并为一束超声信号，为该阵列孔径的超声合成信号，依次控制各个阵列孔径发射和接收超声波，获得各个阵列孔径的超声合成信号；步骤二、缺陷判别步骤：对步骤一中各阵列孔径获得的超声合成信号中的数据通过亮度或颜色来表征，得到被检测工件的B型显示图，由于B型显示图中包含有被检测工件上下表面的反射回波的信息，因此从B型图中可确定出缺陷的二维位置信息；步骤三、延迟时间计算步骤：根据步骤二中初步判别的缺陷位置信息，选定距离该缺陷位置最近的一个阵列孔径，根据该阵列孔径中的各个阵元在步骤一中所接收的超声回波信号，提取该缺陷位置的回波信息，根据该阵列孔径中各个阵元接收相同缺陷反射的超声回波信号具有相关性的原理，利用互相关法计算超声波从该缺陷位置到达该阵列孔径中各个阵元的时间差值；步骤四、回波信号后处理步骤：根据步骤三中获得的所选定距离缺陷最近的阵列孔经中各个阵元的延迟时间，调整步骤一中设置的动态深度聚焦时的各聚焦深度位置，使所选定的阵列孔径中各阵元所接收的超声回波信号聚焦到缺陷位置，通过对所选定的阵列孔径中各阵元接收的超声回波信号进行重新合成处理，形成该阵列孔径新的超声合成信号；步骤五、B型图重构步骤：将步骤四中所选定的阵列孔径所形成的新的超声合成信号替代步骤一中该阵列孔径 获得的超声合成信号，并重新绘制B型图用于缺陷识别。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周正干，徐娜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。