[发明专利]基于费马原理的棒材超声线型阵列成像检测方法

说明书

本发明公开了一种基于费马原理的棒材超声线型阵列成像检测方法，其包括：利用相控阵线型阵列和用于线型阵列耦合棒材的楔块；在超声模拟软件中设置棒材尺寸，根据实际线型阵列参数和A扫描信号设置线型阵列和信号源，进行电子扫查获得各阵元A扫描信号，并根据费马原理计算各阵元声波传播时间，从而计算延迟时间，将延迟后的A扫描信号依次进行叠加，形成具有偏转聚焦效果的A扫描信号，这些叠加后的A扫描信号根据其传播路径进行B扫描成像，根据成像后各成像点幅值极大值位置即可判断缺陷和其他结构位置。本发明可克服小直径棒材超声直接接触法和水浸法纵波检测的缺点，具有良好的推广及应用前景。

技术领域

本发明涉及小直径棒材相控阵超声纵波成像无损检测领域，更具体地涉及一种基于费马原理采用相控阵超声线型阵列进行棒材超声纵波成像检测的方法。

背景技术

小直径棒材是航空航天关键零部件、重要连接结构螺栓、风洞天平、高压接头、阀门、等零部件的重要原材料，对其通常采用直接接触法和水浸法进行超声纵波无损检测。普通直探头直接接触法对小直径棒材进行纵波检测示意图，如图1所示。由于小直径棒材曲率半径较小，若用普通直探头以直接接触法周面径向入射纵波检测时，耦合差，近表面分辨率有限，棒材往往完全处在近场区内，并且表面变型波也会产生很强的干扰，信噪比低，甚至始波占宽能达到棒材半径以上。若探头位置稍有偏差就会造成声束在棒材中偏转和散射，信噪比降低，甚至导致无法接收到回波信号。由于以上种种原因使用普通直探头直接接触法对小直径棒材进行纵波检测难度极大。而水浸超声法虽然克服了直探头直接接触法耦合差、检测盲区大、杂波多、信噪比低等缺点，但水浸超声往往需要较大的水箱及自动控制系统操探头和工件(滚动棒材进行B扫成像)，如图2所示，不利于现场检测，对所检测棒材长度尺寸的限制也较大，而且长时间水浸棒材会不程度的受到腐蚀。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于费马原理的棒材超声线型阵列成像检测方法，其能够快捷地获得棒材高分辨率的直观成像，提高检测效率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于费马原理的棒材超声线型阵列成像检测方法，包括以下步骤：

1)利用相控阵线型阵列和用于线型阵列耦合棒材的楔块；所述线型阵列的阵元数量为n、阵元宽度为e、阵元间距为d；并根据实际超声时域参数，设置频率为f的超声脉冲信号；

2)建立小直径棒材的二维周向截面模型，并在模型中设置所述楔块和圆形孔缺陷的直径、位置；

3)依次激发1～n阵元，获得n个A扫描信号，每个A扫描信号时域数据形成一个txt文件，共获得n个txt文件；读取这n个txt文件形成n列数据矩阵A；

4)依据1～n阵元与所述圆孔形缺陷的相对位置，根据费马原理计算1～n阵元激发的超声波到达缺陷位置的最短传播时间，并计算各阵元相对延迟时间，1～n阵元时间延迟形成n行延迟时间矩阵B；

5)将矩阵A中1～n列数据根据矩阵B中1～n行延迟时间数据分别做延迟处理，形成延迟后的数据矩阵C；

6)将矩阵C中从第1列数据开始的每i列数据，即1～i、2～i+1、3～i+2……49～i+48列数据进行叠加，形成n-i+1组具有偏转聚焦效果的A扫描时域信号；

7)将n-i+1组A扫描时域信号，进行Hilbert变换，并根据声束传播的最短传播时间产生的传播路径依次进行排列，形成棒材的B扫描图像，图像中各成像点的幅值极大值位置即为各成像点位置。

优选的是，在所述步骤2)中利用时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain，FDTD)超声模拟软件WAVE建立所述棒材的二维周向截面模型。