[发明专利]基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法

摘要

本发明涉及基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法，采用轴对称体超声检测系统，实现轴对称体的全面检测，利用超声应力波的传播规律和声场波数空间谱，通过有限差分迭代法计算得出反演声场和一个检测截面二维重构结果，最后利用体绘制法重构出缺陷的三维形状。本发明将所检测截面采用有限元法进行单元分割，将超声回波信号的反褶信号加载在超声阵元处，通过建立平面坐标x、y变量与声场波数kx，ky之间的二维傅里叶变换关系，根据应力波的传递原理，计算传播过程的声压，最终将所有阵元的声波传递声场进行叠加，重构出检测截面的缺陷形状；考虑了多阵元信号的相互作用，大大提高了重构精度，利用声场波数空间谱和快速傅里叶变换提高了运算速度。

主权项

基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法，其特征在于：采用以下的步骤进行轴对称体的缺陷检测重构：1)利用轴对称体超声检测系统，采集轴对称体每个位置的超声回波信号，截取有效区间[tmin,tmax]内的信号进行反褶运算得到反褶信号sz,θ(t)，其中z表示轴向检测位置，θ表示圆周方向旋转角度,tmin和tmax分别为超声回波信号中的近表面回波开始位置和远表面回波结束位置，超声回波信号的采样间隔为Δt；2)按顺序对轴对称体其中一检测截面z＝z0，采用有限元法进行单元分割，x、y方向的步长分别为Δx、Δy；初始化各有限元单元节点处的声压pz(x,y)＝0，对于超声探头所在位置的声压，进行回波信号加载pz(x,y)＝pz(x,y)+sz,θ(0)；3)对各有限元单元节点处的声压pz(x,y)进行二维傅里叶变换得到声压波数空间谱Pz(kx,ky)＝F[pz(x,y)]，初始化应力波传播的初始密度并计算初始应变ux(0)=Δtρ0·F-1[jkxejkxΔxP]],uy(0)=Δtρ0·F-1[jkyejkyΔyP];]]>其中kx、ky分别为x、y方向的波数，c为纵波声速，p和P分别为pz(x,y)和Pz(kx,ky)的简写，j2＝‑1；4)通过有限差分迭代法计算下一时刻t+Δt时刻的应变ux(t+Δt)=λ·{λux(t)-Δtρ0·F-1[jkxejkxΔxP]},]]>uy(t+Δt)=λ·{λuy(t)-Δtρ0·F-1[jkyejkyΔyP]},]]>λ为边界匹配参数；计算t+Δt时刻的应变梯度Δuy=F-1[jkye-jkyΔyF[uy(t+Δt)]];]]>5)计算t+Δt时刻的密度ρx=λ(λ-Δuxρ0Δt)1+2ΔuxΔt,]]>ρy=λ(λ-Δuyρ0Δt)1+2ΔuyΔt,]]>并得出声压对于超声探头所在位置的声压，进行回波信号加载p＝p+sz,θ(t+Δt)，进行二维傅里叶变换得到声压波数空间谱P＝F[p]；6)循环执行步骤4)‑5)，直到sz,θ(t)加载完毕，并对得到的最后声压图进行阈值分割，得到z＝z0的二维重构结果；7)循环执行步骤2)‑6)，得到所有截面的二维重构结果，采用体绘制法进行三维重构即得轴对称体缺陷的三维重构结果。