[发明专利]一种相控阵超声探伤系统聚焦延迟法则计算方法

摘要

一种相控阵超声探伤系统聚焦延迟法则计算方法，属于超声波探伤技术领域。该方法包括以下步骤：创建虚拟阵元、计算聚焦点处相位序列、计算校正相位、计算延迟相位、计算聚焦延迟时间法则。该方法采用先计算延迟相位再换算得到聚焦延迟时间法则的方法，不同于传统的采用射线跟踪法计算延迟时间法则的方法。利用本发明的方法，可以实现对多种阵元，多种分界面形式条件下的聚焦延迟法则进行计算，相比瞬态模型具有计算效率高的优势，与射线跟踪法相比又有计算精度高的优势。

主权项

一种相控阵超声探伤系统聚焦延迟法则计算方法，其特征在于：它包括以下步骤：1)创建虚拟阵元设相控阵超声探头阵列共有M个阵元(10)，M为大于等于2的整数；其中第m个阵元的参数化坐标变量为其中m＝1，2，…，M，阵元m的几何中心为阵元m的局部坐标系(x’y’z’)_m与全局坐标系xyz的旋转关系矩阵为阵元m的表面尺寸形状描述函数为设q＝1，2，…，M‑1，重复执行如下步骤：在第q个阵元和第q+1个阵元之间创建K(q)个虚拟阵元(20)，K(q)为大于等于2的整数，所创建的K(q)个虚拟阵元(20)中，第k个虚拟阵元(20)的编号为W_q(k)＝k，其中k＝1，2，…，K(q)，第W_q(k)个虚拟阵元(20)的参数化变量为几何中心为局部坐标系为所述的局部坐标系与全局坐标系xyz的旋转关系矩阵为第个虚拟阵元(20)的表面尺寸形状描述函数为所述的参数化变量和为直角坐标、角度坐标或球坐标系中的一种或几种的组合，该参数化变量具有线性运算性质；所述的表面尺寸形状描述函数为矩形、圆环形、梯形、平行四边形或圆柱面形，该表面尺寸形状描述函数具有可以确定所述表面尺寸形状的大小和位置的性质；2)计算聚焦点处相位序列设聚焦点的坐标为设q＝1，2，…，M‑1，重复执行如下步骤：对第q个阵元和第q+1个阵元之间所创建的虚拟阵元(20)，采用简谐波模型计算第W_q(k)个虚拟阵元(20)在聚焦点处声压值的复数表达式其中，为实数部分，为虚数部分，通过计算得到，其中atan2(b,a)式为$a\tan 2(b,a)=\left\{\begin{array}{cc}\arctan (b/a)& x>0\\ \arctan (b/a)+\mathrm{\π}& y\≥0,x\<0\\ \arctan (b/a)-\mathrm{\π}& y\<0,x\<0\\ +\mathrm{\π}/2& y>0,x=0\\ -\mathrm{\π}/2& y\<0,x=0\end{array}\right.;$3)计算校正相位α_q′设循环累加计数器为D_q＝0，对于第q个阵元和第q+1个阵元，其中q＝1，2，…，M‑1，执行如下步骤：对步骤2)中计算得到的序列设W_q(k)＝1，2，…，K(q)‑1，循环执行如下步骤：若${\mathrm{\α}}_{w_q\left(k\right)}>{\mathrm{\γ}}_1$且${\mathrm{\α}}_{w_q(k+1)}\<{\mathrm{\γ}}_2,$则D_q＝D_q+1，若${\mathrm{\α}}_{w_q(k+1)}\<{\mathrm{\γ}}_3$且${\mathrm{\α}}_{w_q\left(k\right)}>{\mathrm{\γ}}_4$的则D_q＝D_q‑1，所述的γ₁为大于0且小于π的实数，所述的γ₂为小于0且大于‑π的实数，所述的γ₃为小于0且大于‑π的实数，所述的γ₄为大于0且小于π的实数，其中N为大于等于零的整数；对第q个阵元，其中q＝2，3，…，M，计算其校正相位α_q′＝α_q+2π·D_q，其中D_q为相位偏差量，α₁′＝α₁；4)计算延迟相位Δα_q对步骤3)得到的校正相位α_q′，其中q＝1，2，…，M，计算其相位延迟Δα_q＝max{α_q′}‑α_q′，其中max{α_q′}表示校正相位α_q′的最大值，其中q＝1，2，…，M；5)计算延迟时间Δt_q对步骤4)得到的相位延迟Δα_q，计算第q个阵元的时间延迟法则为：Δt_q＝Δα_q/ω,其中ω为所述简谐波模型的角频率。