[发明专利]一种基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测方法。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测方法，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。

本发明提出一种基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测方法，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1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；