本發(fā)明涉及面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭及應(yīng)用方法，屬于超聲檢測。

背景技術(shù)：

1、壁板是飛機(jī)上廣泛應(yīng)用且極為重要的結(jié)構(gòu)，分為機(jī)身壁板及機(jī)翼壁板等。目前，根據(jù)其材料及生產(chǎn)工藝主要分為典型壁板，復(fù)材壁板，整體壁板。對于典型壁板來說，其最基本的結(jié)構(gòu)為金屬薄板結(jié)構(gòu)。在飛機(jī)服役過程中，機(jī)身直接承受沖擊及交變載荷作用，容易導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生，如果放任其不管可能會導(dǎo)致后續(xù)機(jī)體在飛行過程中出現(xiàn)破損或斷裂，嚴(yán)重威脅駕駛員及飛機(jī)安全。因此，定期對飛機(jī)進(jìn)行檢測維修是對人員及國家財產(chǎn)安全的重要保障，無損檢測是飛機(jī)檢修不可或缺的重要手段。

2、對金屬薄板結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行檢測一般采用蘭姆波、表面波以及臨界折射縱波。表面波和臨界折射縱波的聲能集中在介質(zhì)的近表面，考慮到待檢測缺陷可能位于檢測的內(nèi)部及背表面，所以采用表面波和臨界折射縱波很難對其進(jìn)行檢測；而蘭姆波的振動模式對傳播距離上的整個板厚范圍內(nèi)的缺陷均具有敏感性。對于壁板結(jié)構(gòu)上的缺陷常規(guī)超聲檢測方法具有檢測不直觀、難以定位、缺陷能否檢出依賴檢測人員水平等問題。因而，需要對應(yīng)用蘭姆波實現(xiàn)飛機(jī)壁板背面缺陷的可視化、自動化和智能化進(jìn)行進(jìn)一步研究。

3、國內(nèi)外超聲成像算法主要有三種常見成像算法：全聚焦算法、頻域全聚焦算法、基于概率損傷因子的成像算法。全聚焦算法基于超聲的反射信號，具有成像清晰、靈敏度高、信號組合靈活的優(yōu)勢，缺點為成像速度較慢；頻域全聚焦算法是基于超聲反射信號在頻域上進(jìn)行聚焦成像，優(yōu)點是成像速度快，缺點是應(yīng)用范圍窄、算法實現(xiàn)復(fù)雜信號組合不靈活；與前兩種算法不同的是基于概率損傷因子的成像算法基于超聲透射信號，優(yōu)點是運算速度快，擁有最高的靈敏度，缺點是需要無缺陷的參考信號。考慮到實際工況下無缺陷參考信號獲取較為困難因而無法采用基于概率損傷因子的成像算法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述問題，進(jìn)而提出面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭及應(yīng)用方法。

2、本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明提出面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭，包括：

3、待測件(1)、一體化超聲探頭陣列(2)和楔塊；

4、一體化超聲探頭陣列(2)通過楔塊固定在待測件(1)中心位置。

5、可選的，一體化超聲探頭陣列(2)為正方形陣列，采用20個超聲探頭組成，每條邊上均勻設(shè)有5個超聲探頭，正方形陣列四個角處均設(shè)有楔塊。

6、面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭的應(yīng)用方法，包括：

7、步驟1：通過一體化超聲探頭陣列(2)中每條邊上的5個超聲探頭采集成像區(qū)域的全矩陣信號；

8、步驟2：對采集的全矩陣信號進(jìn)行預(yù)處理；

9、步驟3：采用幅值全聚焦算法，對一體化超聲探頭陣列(2)中四條邊上的預(yù)處理后的全矩陣信號傳播路徑的回波進(jìn)行延時累加得到信號幅值全聚焦成像結(jié)果。

10、可選的，步驟1中采集成像區(qū)域的全矩陣信號的步驟包括：

11、步驟1.1：對成像區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用二分法，結(jié)合劃分的網(wǎng)格點、超聲探頭位置、信號采樣率和采樣深度計算插值索引；

12、步驟1.2：根據(jù)信號采樣率和全矩陣信號中心頻率選擇差值算法，結(jié)合差值索引對全矩陣信號進(jìn)行插值。

13、可選的，步驟1.2中對全矩陣信號進(jìn)行插值具體包括：

14、當(dāng)采樣頻率大于信號中心頻率時，采用最鄰近插值法對全矩陣信號進(jìn)行插值，當(dāng)采樣頻率小于等于信號中心頻率時，采用分段線性插值法對全矩陣信號進(jìn)行插值。

15、可選的，步驟2中對采集的全矩陣信號進(jìn)行預(yù)處理具體包括：

16、對全矩陣信號進(jìn)行fir零相移濾波和蘭姆波頻散補(bǔ)償。

17、可選的，步驟3中信號幅值全聚焦成像結(jié)果的獲取步驟包括：

18、步驟3.1：分別計算網(wǎng)格點p(x,y)與激勵陣元i和接收陣元j之間的距離，其中激勵陣元i的坐標(biāo)為(xi,0)，接收陣元j的坐標(biāo)為(xj,0)；

19、步驟3.2：將全矩陣信號作為超聲信號，計算每個超聲探頭發(fā)出的超聲信號從激勵陣元i出發(fā)，由網(wǎng)格點p(x,y)反射后被接收陣元j接收的傳播時間τ；

20、步驟3.3：基于傳播時間τ對激勵陣元i及相鄰探頭超聲信號傳播路徑的回波進(jìn)行延時累加得到網(wǎng)格點p(x,y)處的圖像幅值強(qiáng)度；

21、步驟3.4：采用cpu并行化計算，對每個劃分的網(wǎng)格點進(jìn)行遍歷，得到信號幅值全聚焦成像結(jié)果；

22、傳播時間τ的計算公式為：

23、

24、公式(1)中，di為激勵陣元i距離網(wǎng)格點p(x,y)的距離，dj為接收陣元j與網(wǎng)格點p(x,y)之間的距離，c為聲速；

25、網(wǎng)格點p(x,y)處的圖像幅值強(qiáng)度的計算公式為：

26、

27、公式(2)中，i(x,y)為坐標(biāo)(x,y)的圖像幅值，rf為回波信號，rfenv為回波信號的包絡(luò)。

28、本發(fā)明的有益效果是：

29、本發(fā)明能夠適應(yīng)超聲檢測直觀化智能化的要求，相比于傳統(tǒng)成像速度較慢的全聚焦算法，本發(fā)明應(yīng)用信號幅值全聚焦成像算法，對回波進(jìn)行了包絡(luò)提取處理，舍棄了回波信號的相位信息，并針對成像的實時性要求提出了加速方法，本發(fā)明提出的信號幅值全聚焦成像的加速設(shè)計在保證成像結(jié)果基本不變的前提下，從加速前的1.206s提升至0.334s，成像速度提高了2.61倍，大幅提高了成像速度。

技術(shù)特征：

1.面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭，其特征在于，所述面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭的結(jié)構(gòu)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭，其特征在于，所述一體化超聲探頭陣列(2)為正方形陣列，采用20個超聲探頭組成，每條邊上均勻設(shè)有5個超聲探頭，正方形陣列四個角處均設(shè)有楔塊。

3.面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭的應(yīng)用方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-2任意一項所述的面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭，其特征在于，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟1中采集成像區(qū)域的全矩陣信號的步驟包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟1.2中對全矩陣信號進(jìn)行插值具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟2中對采集的全矩陣信號進(jìn)行預(yù)處理具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟3中信號幅值全聚焦成像結(jié)果的獲取步驟包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出面向飛機(jī)壁板背面缺陷的一體化陣列式探頭及應(yīng)用方法，其中探頭包括：待測件(1)、一體化超聲探頭陣列(2)和楔塊；一體化超聲探頭陣列(2)通過楔塊固定在待測件(1)中心位置，一體化超聲探頭陣列(2)為正方形陣列，采用20個超聲探頭組成，每條邊上均勻設(shè)有5個超聲探頭，正方形陣列四個角處均設(shè)有楔塊。本發(fā)明提出的信號幅值全聚焦成像的加速設(shè)計在保證成像結(jié)果不變的前提下，從加速前的1.206s提升至0.334s，成像速度提高了2.61倍，大幅提高了成像速度。

技術(shù)研發(fā)人員：李永彬,劉亞星,奚之飛,單奕萌,李珊珊,周勇軍,萬萬,唐起源,孫運剛,汪洪量
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國營蕪湖機(jī)械廠
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2