[发明专利]非接触式兰姆波的双跨孔距层析重建成像方法

说明书

本发明提供一种非接触式兰姆波的双跨孔距层析重建成像方法，其特点是采用了按双跨孔距放置的激光发生器和空气耦合换能器作为兰姆波检测的检测系统。在进行反投影滤波重建前，兰姆波走时信息被重排为变投影个数、变间距及变转角的平行投影数据，然后再进行变间距微分操作和变角度有限和的反投影操作，扩大重建区域范围，对反投影数据进行有限希尔伯特的逆运算，获得待检测工件的重建图像。本发明提出的方法具有非接触待检测工件的表面，提高重建精度，避免迭代欠采样等优点。

技术领域

本发明涉及一种非接触式兰姆波的双跨孔距层析重建成像方法，具体地说，是一种适 合兰姆波换能器按双跨孔距边界排列的兰姆波层析成像方法，属于超声波无损检测领域。

背景技术

超声无损检测技术的检测能力强，设备简单轻便，对构建及周围环境无污染和危害， 使其在无损检测中应用得非常广泛。常用的超声无损检测是纵波和横波检测，但当超声波 在薄板特别是厚度在2mm以下的薄板里面传播时，形成了一种新的干涉叠加的超声波形 式，即兰姆波。兰姆波的传播速度的大小是依赖于介质的厚度变化，可以推导出兰姆波走 时信息与其传播速度的倒数存在线性积分关系。因此，对检测区域进行一点发射多点接收 兰姆波信息，即可获得某个投射方向的投影数据，并利用计算机层析成像技术反演出该介 质的厚度变化分布图，从而获得缺陷区域的图像。这种方法，特别适合应用于航空航天、轨道、桥梁建筑、水坝、电力设备、输油管道等领域内的大型薄板结构。

兰姆波层析成像技术，能够对薄板结构定量地探测到损伤或缺陷的类型、尺寸、位置、 形状、取向，利用这些信息不仅能够随时检测设备的健康状况，而且根据断裂力学理论和 损伤容限设计，对设备构件的状态、能否继续使用做出评估和判断，及早对存在的安全隐 患做出预防和处理措施。

经对现有技术的文献检索发现，Eugene等人在Journal of the AcousticalSociety of America上发表的论文Fan beam and double crosshole Lamb wavetomography for mapping flaws in aging aircraft structures，研究了采用迭代方法对换能器扇束和双跨孔距排列的兰姆 波层析重建，该方法可定量检测飞行器的缺陷。迭代算法属于前驱动模型，即重建图像需 要沿射线方向进行权重采样，在重建过程中需要沿射线方向进行变分辨率的重采样，存在 过采样和欠采样的问题。国内也有高校开展兰姆波的研究。经过对国内相关专利检索，申 请号为200810240571.7的发明专利申请公开适合钢质储罐底板的导波在线检测方法(公开 日2010-06-30)，该方法虽然用滤波反投影算法对兰姆波数据采进行重建，但因采用平行 投影数据方式，图像的重建质量受限于数据采集时间和设备成本。申请号为201310717748.9 的发明专利申请公开任意凸区域的兰姆波层析成像方法，该方法虽然采用具有滤波反投影 结构的重建算法的对任意区域进行重建，但它是一种普适方法，应用于具体结构时需要对 发射点到原点的距离作关于轨迹参数的导数，并且重建算法要求扇角的角度不变，这要求 在每个投射方向上，兰姆波换能器需要特殊的安排。此外，三种成像方法都采用接触式的 兰姆波换能器，需要在检测结构上使用耦合器，有可能导致金属表面腐蚀或生锈；并且所 接收的兰姆波信号具有频散和多态的特性，不利于走时信息的分离和提取。

本文针对以上不足，提出了利用反投影滤波算法对换能器按照双跨孔距排列的结构进 行重建，采用激光发生器作为兰姆波的波信号发射器，兰姆波的接收器采用空气耦合换能 器，避免了因使用耦合器而存在的不足，并对空气耦合换能器进行特殊设置保证获取单模 态的走时信息；利用重排算法将双跨孔距兰姆波信息转换为平行投影数据，并利用反投影 滤波算法对数据进行重建。

发明内容