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原文传递基于多模式多模态超声相控阵检测系统及非线性成像方法

专利名称：	基于多模式多模态超声相控阵检测系统及非线性成像方法
摘要：	本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种基于多模式多模态超声相控阵检测系统及非线性成像方法，该系统包括相控阵换能器、相控阵触发器、相控阵控制器、计算机，相控阵换能器的输入输出端分别与相控阵控制器相应引脚连接实现双向信号传输，所述相控阵触发器的输出端与相控阵控制器对应的I/O接口连接。该发明的优点在于：本发明考虑了硬件系统非线性、材料基体非线性、耦合非线性等噪声的影响，适用于微缺陷的有效检测和早期损伤的定量检测监测，对于闭合/半闭合缺陷损伤的检测灵敏度到达微米级别，能够有效区分非线性源与晶粒、孔洞、张开式界面等线性特征。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	合肥通用机械研究院有限公司
发明人：	程经纬;陈学东;王冰;范志超;陈涛;关卫和;阎长周;王哲
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910585779.0
公开号：	CN110412132A
代理机构：	合肥和瑞知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王挺;洪琴
分类号：	G01N29/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	230031 安徽省合肥市蜀山区长江西路888号
主权项：	1.基于多模式多模态超声相控阵检测系统，其特征在于，包括相控阵换能器(3)，用于发射和接收超声信号，所述相控阵换能器(3)为压电超声相控阵换能器(3)或电磁超声相控阵换能器(3)，所述相控阵换能器(3)包括由若干个阵元形成线阵或环阵或稀疏阵的相控阵探头；相控阵触发器(4)，包括用于监测相控阵换能器(3)工作温度的温度传感器、计算相控阵换能器(3)位置变化的位移编码器；相控阵控制器(2)，包括多个I/O接口，所述相控阵控制器(2)包括多个通道，且用于独立控制每个通道中电信号的输入与输出；相控阵换能器(3)的输入输出端分别与相控阵控制器(2)相应引脚连接实现双向信号传输，所述相控阵触发器(4)的输出端与相控阵控制器对应的I/O接口连接；计算机(1)，用于采集经相控阵控制器(2)转换后的信号和输出到相控阵控制器(2)内的采集参数。 2.根据权利要求1所述的基于多模式多模态超声相控阵检测系统，其特征在于，当相控阵换能器(3)为压电超声相控阵换能器(3)时，相控阵换能器(3)的下方设置有坡度可调节、底面自适应式相控阵楔块。 3.根据权利要求1所述的基于多模式多模态超声相控阵检测系统，其特征在于，所述相控阵控制器(2)采用由16-256个通道组成。 4.根据权利要求1所述的基于多模式多模态超声相控阵检测系统，其特征在于，所述相控阵探头采用由32个或64个或128个阵元组成，所述相控阵探头包括发射阵元和接收阵元。 5.使用权利要求1-4任意一项所述的基于多模式多模态超声相控阵检测系统的非线性成像方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、计算机(1)向相控阵控制器(2)内输入相控阵触发器(4)状态、超声波激励模态类型、超声波激励模式； S2、计算机(1)向相控阵控制器(2)内输入超声激励信号、采集参数； S3、通过相控阵换能器(3)多个阵元分两次分别实现并行发射和顺序发射； S4、采集连续声场信号且传输至计算机(1)； S5、得到并行图像的线性指标A1(s)和顺序图像的线性指标A2(s)； S6、识别线性指标和补偿噪声，通过补偿噪声得到优化后的顺序聚焦信号集 S7、计算非线性图像指标； S8、定量、定位评价微缺陷。 6.根据权利要求5所述的非线性成像方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述相控阵触发器(4)状态包括相控阵触发器(4)使用状态和不使用状态，当为使用状态时，温度传感器、位移编码器择一使用或全部使用；所述超声波激励模态类型的种类包括体波、表面波、导波；所述超声波激励方式包括压电超声相控阵换能器(3)对应的压电方式、电磁超声相控阵换能器(3)对应的电磁方式。 7.根据权利要求5所述的非线性成像方法，其特征在于，在步骤S2中，所述超声激励信号包括超声激励周期数N，激励电压V、发射阵元T的实际中心频率ωT、接收阵元R的实际中心频率ωR、发射阵元T的数量NT、接收阵元R的数量NR、像素点位于x-z坐标系的位置s、超声波在被检材料中的传播速度c、参照发射阵元To的x轴位置xm、参照接收阵元Ro的x轴位置xn，选择参照发射阵元To和参照接收阵元Ro，设定相控阵换能器(3)中第a个发射阵元用延时法则第b个接收阵元用延时法则 8.根据权利要求7所述的非线性成像方法，其特征在于，步骤S5具体为： S51、通过计算机(1)将并行发射信号集pb(s,t)和顺序发射信号集qa,b(t)进行傅里叶变换，分别得到并行发射频域信号集Pb(s,ω)和顺序发射频域信号集Qa,b(ω)； S52、分别对并行发射频域信号集Pb(s,ω)和顺序发射频域信号集Qa,b(ω)依次进行相应的延时匹配和叠加，并行发射合成聚焦信号集P(s,ω)的计算如下：顺序发射合成聚焦信号集Q(s,ω)的计算如下： S53、对并行发射合成聚焦信号集P(s,ω)和顺序发射合成聚焦信号集Q(s,ω)进行滤波，对应得到并行滤波信号和顺序滤波信号 S54、对并行滤波信号和顺序滤波信号进行傅里叶逆变换，从而得到并行时域合成信号集p(s,t)和顺序时域合成信号集q(s,t)； S55、通过计算像素点至参照发射阵元To和参照接收阵元Ro的距离得到聚焦时间点tf： S56、利用样条插值法获取焦点处tf的信号，最终得到线性成像指标，其中并行图像的线性指标A1(s)的计算如下: A1(s)＝\|p(s,tf)\| (4) 同样，顺序图像的线性指标A2(s)的计算如下: A2(s)＝\|q(s,tf)\| (5)。 9.根据权利要求8所述的非线性成像方法，其特征在于，步骤S6具体为； S61、通过设置并行图像的线性指标A1(s)或顺序图像的线性指标A2(s)的阈值，识别并行或顺序图像中的线性特征像素点sl并选取它们对应的并行时域信号集p(sl,t)或顺序时域信号集q(sl,t)，通过使用以聚焦时间点tf为中心的采样窗口，所述采样窗口的宽度tw＝N/ωR，对该采样窗口进行傅里叶变换得到并行时域信号集p(sl,t)或顺序时域信号集q(sl,t)的频域信号集，其中并行频域信号集Pw(sl,ω)的计算步骤如下所示：顺序频域信号集Qw(sl,ω)的计算步骤如下所示： S62、评估噪声所引起的幅值上的差异性，计算并行频域信号集Pw(sl,ω)和顺序频域信号集Qw(sl,ω)的振幅绝对值比χA(sl,ω)和相位角差所述振幅绝对值比χA(sl,ω)计算公式如下：所述相位角差计算公式如下： S63、分别对全部线性特征点sl的χA(sl,ω)进行拟合分别得到幅值补偿系数χA(ω)和相位补偿系数 S64、根据幅值补偿系数χA(ω)和相位补偿系数对顺序发射信号集qa,b(t)经过频域转换后合成后滤波后获得的信号进行噪声移除，得到优化后的顺序聚焦信号集具体计算公式如下： 10.根据权利要求9所述的非线性成像方法，其特征在于，步骤S7具体如下： S71、将优化后的顺序聚焦信号集进行傅里叶逆变换，从而得到优化后的时域合成信号集 S72、计算优化后的时域合成信号集与并行时域合成信号集p(s,t)之间的绝对差κ(s)、幅值分量差κA(s)和相位角分量之间的绝对差作为三种非线性图像指标：其中绝对差κ(s)的公式如下：幅值分量差κA(s)的公式如下：相位角分量之间的绝对差公式如下：
所属类别：	发明专利