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原文传递一种薄板空气耦合超声兰姆波全聚焦成像检测方法

专利名称：	一种薄板空气耦合超声兰姆波全聚焦成像检测方法
摘要：	本发明公开了一种薄板空气耦合超声兰姆波全聚焦成像检测方法。不同于传统的超声阵列信号采集，其只针对单声速介质，空气耦合阵列信号的采集还需要考虑声波在空气中的传播时间。因此，分别采用驻波法和波速法测得空气中的声速ca和兰姆波在板中的传播速度cg。采到的空气耦合超声兰姆波阵列信号以Nti×Ntj×A三维矩阵形式存在，将采集到的空气耦合超声兰姆波阵列信号进行成像网格区域的划分，根据探头布置位置、缺陷位置以及声波传播速度，计算出各个扫查路径的延时时间，按照声波的延时法则，实现信号的延时叠加全聚焦成像。本发明有望将高质量超声全聚焦技术拓展至薄板空气耦合超声兰姆波成像检测，有效提高缺陷检出能力。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江西;36
申请人：	南昌航空大学
发明人：	张柏源;陈尧;纪霖轩;冒秋琴;马啸啸;刘晟;刘宏;付桂英
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910379806.9
公开号：	CN110045019A
代理机构：	南昌市平凡知识产权代理事务所
代理人：	张文杰
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	330063 江西省南昌市丰和南大道696号
主权项：	1.一种薄板空气耦合超声兰姆波全聚焦成像检测装置，包括接收探头、发射探头、接收探头高度角度调节装置、发射探头高度角度调节装置、信号接收器、信号发生器、主机；其特征在于，将发射探头和接收探头置于待测薄板上方，待测薄板内部有缺陷，接收探头高度、角度调节装置连接接收探头，接收探头连接信号接收器，信号接收器连接主机，主机连接信号发生器，信号发生器连接发射探头，发射探头高度、角度调节装置连接发射探头。 2.根据权利要求1所述的一种薄板空气耦合超声兰姆波全聚焦成像检测装置，其特征在于：发射探头和接收探头各自具备独立的步进装置，可单独控制探头的步进方向；每步进一次，检测装置会对发射探头进行激励，射入待测薄板产生超声兰姆波，经由待测薄板传播后被接收探头接收，在检测装置中形成A型扫描信号，最后通过全聚焦技术对接收到的信号进行成像处理。 3.一种根据权利要求1所述的薄板空气耦合超声兰姆波全聚焦成像检测方法，其特征在于方法步骤如下： (1)将待测薄板水平置于检测台，将发射和接收两个空气耦合超声探头悬空放置于待测薄板同侧； (2)利用接收探头高度角度调节装置和发射探头高度角度调节装置将接收探头和发射探头在yoz平面沿薄板法线逆时针方向旋转角度θ； (3)探头以脉冲反射式的一发一收式检测方法发射和接收空气耦合超声兰姆波信号； (4)全矩阵数据采集与存储； (5)声速测定； (6)通过改进全聚焦技术对接收到的信号进行成像处理。 4.根据权利要求3所述的一种薄板空气耦合超声兰姆波全聚焦成像检测方法，其特征在于步骤(4)中的具体步骤为： (1)将探头以1mm为步进间距沿ox方向移动，发射探头的步进位置设为1、2…i…N，接收探头的步进位置设为1、2…j…N，通过步进装置使发射探头依次在1、2…i…N位置发射超声波，在发射探头的每个步进位置上，令接收探头分别在1、2…j…N位置接收超声波； (2)扫查完一次后，接收探头共计接收到N×N个A型扫描信号，将这N2个信号以矩阵A11、A12、A13…Aij…ANN的顺序存储起来，信号之间通过“；”隔开，每个信号所对应的下角标表示发射探头和接收探头所在的步进位置，例如，信号Aij表示发射探头在位置i发射，接收探头在位置j接收到的信号。 5.根据权利要求3所述的一种薄板空气耦合超声兰姆波全聚焦成像检测方法，其特征在于步骤(5)中的具体步骤为： (1)将发射探头和接收探头按一定间距相向放置，观测声波与其反射波所形成的驻波，根据改变半个波长的传播路程，驻波的波幅会变化一个周期，可以测得波长，再乘以频率，即可得到空气中的声速ca； (2)再采用超声探头移动的位移差与A扫波形的时间差来计算兰姆波的群速度cg，以待测薄板为研究对象，采用空气耦合超声探头，激励接收角设置为θ度，将接收探头沿着兰姆波的传播方向移动，重复采集多组数据以减少误差，接收探头每次移动的间隔为Δx，对接收探头接收到的数据进行希尔伯特变换，使得到的信号峰值更加准确，不同组信号的兰姆波波包极值点之间的时间相差为Δt，通过探头的移动距离差以及波形图中A扫波形的时间差得到薄板中兰姆波的群速度cg。 6.根据权利要求3所述的一种薄板空气耦合超声兰姆波全聚焦成像检测方法，其特征在于步骤(5)中的具体步骤为： (1)发射探头和接收探头与薄板法线之间的夹角为θ，两探头中心提离高度为h，设发射探头在i位置发出的兰姆波坐标为(xi,yi)，成像区域内任意聚焦点的坐标为p(x,y)，接收探头(1)在j位置接收到兰姆波的坐标为(xj,yj)，利用发射位置、聚焦点、接收位置之间的几何关系，得到兰姆波由发射到接收所经历的声程为：当兰姆波在薄板中的声速为cg，空气中的声速为ca时，声波所经历的时间为： (2)根据直角三角形中斜边大于直角边，所以当散射点与发射探头和接收探头处于同一条直线上时声程最短，由几何关系可知，兰姆波传播的最短距离为：式中w表示两探头对之间的中心间距，即可推导出兰姆波最短传播时间为：由此可得出延时时间为： Δt＝t-tmin (5) (3)接收探头接收到的信号以Nti×Ntj×A三维矩阵形式存在，其中下标ti与tj分别表示发射探头和接收探头所在的位置，A表示接收到的A扫描信号，则每个发射接收对中对应的散射点回波幅值的总和可表示为：式中，Sij为位置i发出，位置j接收的兰姆波回波信号，h()为Sij的希尔伯特变换式，t-△t表示提取目标聚焦点幅值所需的时间。
所属类别：	发明专利