[发明专利]一种正方网格相控超声阵列激发与检测混凝土缺陷的方法

权利要求书

1.一种正方网格相控超声阵列激发与检测混凝土缺陷的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01，选取混凝土表面适当的方形区域作为目标区域；

S02，根据所选目标区域设置超声相控阵列，超声相控阵列包括多个换能器阵元，多个换能器阵元呈正方网格排列，并将待测混凝土离散为点；

S03，利用网格相控超声阵列对该混凝土区域进行划分，由中间换能器阵元作为发射源向外扩散，外圈换能器阵元作为接收器进行检测，通过平移超声相控阵列来检测其他区域的缺陷位置；

S04，利用所选取的阵元平面对离散后的缺陷中的各点进行相控聚焦，同时，引入单焦点的波形分集和相控聚焦成像得到缺陷中各点的图像及其在缺陷中深度方向的位置信息，即完成缺陷定位。

2.根据权利要求1所述的一种正方网格相控超声阵列激发与检测混凝土缺陷的方法，其特征在于：S02中，超声相控阵列为8×8阵列结构。

3.根据权利要求1所述的一种正方网格相控超声阵列激发与检测混凝土缺陷的方法，其特征在于：S03中，1×1网格中的4个换能器阵元作为发射源，由3×3和5×5网格周围的换能器阵元的探头作为接收器。

4.根据权利要求1所述的一种正方网格相控超声阵列激发与检测混凝土缺陷的方法，其特征在于：S04中，为了确定二维面各阵元的相控延迟时间，利用单焦点扫描声场来获得横向和侧向的声束聚焦和偏转，计算方式如下；

x_f＝z_ftanθ_f,y_f＝z_ftanφ_f (2)

z_f＝[F²/(1+tan²θ_f+tan²φ_f)]^1/2 (3)

上述式中，θ_f为焦点的横向偏转角，φ_f为侧向偏转角，F为焦距，x_f、y_f和z_f对应坐标原点到声束聚焦点F的x、y和z方向的距离。

5.根据权利要求4所述的一种正方网格相控超声阵列激发与检测混凝土缺陷的方法，其特征在于：使换能器各个阵元发射的声波同时到达焦点，即实现集合聚焦，各个阵元的相控延迟值为:

其中，(x_c,y_c,z_c)是计算相控延迟值的参考点，c为工件内部声速，t_ij表示阵列换能器中某点坐标(x_ij,y_ij,0)的阵元ij到焦点的声波传输时间。

6.根据权利要求1所述的一种正方网格相控超声阵列激发与检测混凝土缺陷的方法，其特征在于：S04中，L个焦点扫描的时空间场r处的能量沉积：

式中，H′(r_l)＝H(r_l)/|H(r_l)|，表示该矢量除以它的模矢量，Q(r,N_l)表示子脉冲数为N_l，阵列完成发送对应的激励振速矩阵时，空间场点r处的能量沉积，H(r)为前向传播算子，H^H(r₁)为焦点位置为r₁时阵元激励的复数振速矢量，H′^H(r₁)为该矢量除以它的模矢量，H^H(r)是H(r)的共轭转置矩阵。

7.根据权利要求5所述的一种正方网格相控超声阵列激发与检测混凝土缺陷的方法，其特征在于：相控聚焦成像法则为：

式中，h_tx,rx为对应发射-接收阵元的回波的信号幅值，x_tx为发射阵元坐标，x_rx为接收阵元坐标，I为成像结果图中的像素值，x和z为聚焦点的横纵坐标。