[发明专利]海底管道超声导波全向聚焦声透镜柔性换能器及检测方法

权利要求书

1.一种海底管道超声导波全向聚焦声透镜柔性换能器，其特征在于，包括：压电超声激励模块、声透镜、智能柔性聚焦校准模块和超声波接收换能器；

所述压电超声激励模块用于产生特定频率和幅值的超声波；

所述声透镜为具有各向异性变晶格常数的内凹多边形晶体结构的高强度全向聚焦声透镜，用于将所述压电超声激励模块产生的超声波聚焦在预设位置，以在海底管道中产生超声导波，其中，所述内凹多边形晶体结构具有对称性，内凹是声子晶体单个晶胞外表面向其几何中心的内凹，并在每个晶胞边界具有对称性；其中，所述声透镜中的全部晶胞均具有相同的结构，并且每个晶胞的几何位置保持不变，每个晶胞的晶格常数是变化的，每个晶胞的晶格常数沿着声波传播方向呈线性减小；

所述智能柔性聚焦校准模块，用于控制所述压电超声激励模块和所述声透镜，同步调整所述声透镜和所述压电超声激励模块，其中，所述智能柔性聚焦校准模块实时计算动态调整所述压电超声激励模产生的超声波的频率与幅度，并调整所述声透镜的旋转角，所述旋转角为新位置相对于原始位置的几何角；

所述超声波接收换能器，位于海底管道的外表面，通过耦合剂与所述海底管道的待测试表面连接，用于接收海底管道的反射回波，通过对所述反射回波的分析进行缺陷识别。

2.根据权利要求1所述的海底管道超声导波全向聚焦声透镜柔性换能器，其特征在于，所述压电超声激励模块的压电材料为钛酸钡陶瓷。

3.根据权利要求1所述的海底管道超声导波全向聚焦声透镜柔性换能器，其特征在于，所述超声波接收换能器为压电式超声波接收换能器。

4.根据权利要求1所述的海底管道超声导波全向聚焦声透镜柔性换能器，其特征在于，所述声透镜的制作材料为不锈钢。

5.根据权利要求1所述的海底管道超声导波全向聚焦声透镜柔性换能器，其特征在于，所述压电超声激励模块产生的超声波的电流幅值范围为10A–100A，频率范围为10kHz–30kHz。

6.根据权利要求1所述的海底管道超声导波全向聚焦声透镜柔性换能器，其特征在于，声透镜晶胞的晶格常数为6mm–12mm，声透镜晶胞个数为100–200，声透镜焦距范围为10mm–100mm。

7.一种利用权利要求1所述的海底管道超声导波全向聚焦声透镜柔性换能器进行缺陷检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过压电超声激励模块生成特定频率和幅值的超声波；

利用声透镜将所述超声波聚焦在预设位置，以在海底管道中产生超声导波，其中，所述声透镜为具有各向异性变晶格常数的内凹多边形晶体结构的高强度全向聚焦声透镜，所述内凹多边形晶体结构具有对称性，内凹是声子晶体单个晶胞外表面向其几何中心的内凹，并在每个晶胞边界具有对称性；其中，所述声透镜中的全部晶胞均具有相同的结构，并且每个晶胞的几何位置保持不变，每个晶胞的晶格常数是变化的，每个晶胞的晶格常数沿着声波传播方向呈线性减小；

通过智能柔性聚焦校准模块调整所述压电超声激励模块成产生的超声波的频率和幅值以及所述声透镜的旋转角，以进行超声波的动态聚焦，其中，所述智能柔性聚焦校准模块实时计算动态调整所述压电超声激励模产生的超声波的频率与幅度，并调整所述声透镜的旋转角，所述旋转角为新位置相对于原始位置的几何角；

通过设置在海底管道外表面的超声波接收换能器接收海底管道的反射回波，通过对所述反射回波的分析，对海底管道的缺陷进行识别。