一種用于板結(jié)構(gòu)裂紋定量評價的超聲陣列復(fù)合成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于板結(jié)構(gòu)裂紋定量評價的超聲陣列復(fù)合成像方法，該方法涉及 裂紋類缺陷的方向識別技術(shù)，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 板類結(jié)構(gòu)是工業(yè)上最常用的結(jié)構(gòu)形式之一，被廣泛用來制造各種容器、爐殼、爐 板、橋梁。在使用中，板結(jié)構(gòu)往往要求承受動載荷、沖擊、震動、耐蝕等，容易產(chǎn)生裂紋類缺 陷。如在火電廠、核電廠機組運行過程中，汽輪機葉片工作在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速或濕蒸汽 區(qū)等惡劣環(huán)境中，經(jīng)受著離心力、蒸汽力、腐蝕和振動以及濕蒸汽區(qū)高速水滴沖蝕的共同作 用，再加上難以避免的設(shè)計、制造、安裝質(zhì)量及運行工況、檢修工藝不佳等因素的影響，葉片 常會出現(xiàn)裂紋，輕則引起汽輪發(fā)電機組振動，重則造成飛車事故。對于裂紋類缺陷都存在一 定的方向性，獲取缺陷的方向性能夠有效地改進板結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)、使用過程，提高生產(chǎn)效率。
[0003] 在板中，常見的缺陷主要有裂紋，穿孔等。國內(nèi)目前主要采用的無損檢測方法有超 聲，射線，磁粉探傷等方法。超聲導(dǎo)波技術(shù)作為一種快速、高效的無損檢測方法，已廣泛應(yīng)用 于多種工程結(jié)構(gòu)的無損評價。板結(jié)構(gòu)中傳播的超聲導(dǎo)波稱為蘭姆波。蘭姆波在板中傳播時 聲場遍及整個壁厚，傳播距離較長且衰減較小，因此蘭姆波作為一種有效手段在固體板結(jié) 構(gòu)無損檢測方面得到廣泛應(yīng)用。
[0004] 蘭姆波檢測按照換能器數(shù)量，可分為單換能器檢測和陣列檢測。利用單換能器 (反射式）或雙換能器（透射式）對板結(jié)構(gòu)進行蘭姆波檢測時，只能實現(xiàn)某單一方向范圍內(nèi) 的缺陷檢測，單（雙）換能器蘭姆波檢測靈敏度較低，信噪比差。為克服單換能器能量分散、 分辨率低、檢測信號分析困難等缺點，可以利用多個陣元組成換能器陣列進行超聲檢測。
[0005] 因此，本課題利用蘭姆波陣列技術(shù)進行板結(jié)構(gòu)大范圍無損檢測方法研宄。
[0006] 常用的超聲陣列成像技術(shù)包括全聚焦成像、矢量全聚焦成像、散射系數(shù)矩陣成 像、相位一致成像、極性一致成像、復(fù)合成像等方法。2005年Caroline Holmes等發(fā)表 ((Post-processing ofthe full matrix ofultrasonic transmit - receivearray data for non-destructive evaluation》文章提出并總結(jié)了超聲陣列全聚焦成像方法，利用超 聲陣列采集到信號的幅值信息進行缺陷成像。2007年P(guān)aul D. Wilcox等發(fā)表《Advanced Reflector Characterization with Ultrasonic Phased Arrays in NDE Applications》 文章提出超聲陣列矢量全聚焦成像算法，以全聚焦為成像基礎(chǔ)利用激勵與接收陣元的反射 特征對缺陷的方向進行識別。2008年Jie Zhang等發(fā)表《Defect Characterization Using an Ultrasonic Array to Measure the Scattering Coefficient Matrix》文章提出利用缺 陷的散射系數(shù)特征進行缺陷的方向識別。2009年Jorge Camacho等發(fā)表《Phase Coherence Imaging》文章提出相位一致成像及極性一致成像方法，利用超聲陣列采集信號的相位信息 進行缺陷成像，相比于全聚焦成像，相位成像的缺陷位置信息更加準確。2013碩士論文《脈 沖壓縮技術(shù)及其在鍛件相控陣檢測中的應(yīng)用研宄》中對全聚焦成像及其優(yōu)化方法進行了研 宄，實現(xiàn)對缺陷的定位檢測，并通過優(yōu)化方法提高了成像的精度。2014碩士論文《基于矢量 全聚焦的超聲陣列缺陷識別方法研宄及其應(yīng)用》以全聚焦算法為成像基礎(chǔ)對缺陷進行方向 識別。但上述文章提出的超聲陣列成像方法均為超聲體波技術(shù)，并未把上述方法延伸至超 聲導(dǎo)波技術(shù)領(lǐng)域，且使用單一的成像方法缺陷成像效果有待提高。
[0007] 2009碩士論文《蘭姆波線性陣列板結(jié)構(gòu)復(fù)合成像無損檢測方法研宄》中提出一 種蘭姆波復(fù)合成像方法，利用邏輯運算選取不同幅度變跡技術(shù)下缺陷成像結(jié)果。2013年 Vander T. Prado 等發(fā)表〈〈Lamb mode diversity imaging for non-destructive testing ofplate-like structures》文章提出一種蘭姆波復(fù)合成像方法，將全聚焦成像與極性一致 成像進行合成對缺陷進行成像。專利《基于超聲Lamb波的儲罐底板腐蝕檢測系統(tǒng)及方法》 (專利號：201110281076)中所述的全聚焦成像方法對時域信號數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)了對儲 罐底板結(jié)構(gòu)中缺陷的定位。上述方法將超聲陣列技術(shù)延伸至超聲導(dǎo)波領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了缺陷成 像，能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷成像，但不能實現(xiàn)缺陷的方向識別。
[0008] 本專利的創(chuàng)新點在于提出一種超聲陣列復(fù)合成像算法，以復(fù)合成像算法為成像基 礎(chǔ)，將矢量全聚焦算法應(yīng)用至超聲導(dǎo)波技術(shù)領(lǐng)域，對板結(jié)構(gòu)缺陷進行方向識別。本方法能夠 有效地提高缺陷成像的信噪比，有效地提高裂紋方向測量的精度同時可以實現(xiàn)裂紋長度的 測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提出一種用于板結(jié)構(gòu)裂紋定量評價的超聲陣列復(fù)合成像方法。 該方法用于對板結(jié)構(gòu)裂紋類缺陷的方向識別，首先利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到全矩陣蘭姆波信 號，使用采集到的信號分別進行全聚焦成像和極性一致成像，再對兩種成像進行合成獲得 復(fù)合成像結(jié)果，以復(fù)合成像為成像基礎(chǔ)進行矢量全聚焦計算，由目標缺陷處反射特征信號 能量最強來確定缺陷的位置，根據(jù)缺陷的位置提取目標缺陷的局部矢量圖，最后利用局部 矢量圖中矢量的方向來確定目標缺陷的方向。
[0010] 該方法需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括示波器、函數(shù)發(fā)生器、線性陣列換能器和被測試 件，其中，線性陣列換能器與被測試件通過耦合介質(zhì)進行耦合，如圖1所示。在進行檢測實 驗時，首先調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號，通過陣列換能器激勵出超聲蘭姆波信號沿被測 試件發(fā)射出去，并通過陣列換能器接收反射回來的超聲蘭姆波信號；由示波器進行超聲時 域信號的數(shù)據(jù)存儲。
[0011] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種用于板結(jié)構(gòu)裂紋定量評價的超聲 陣列復(fù)合成像方法，具體可以按照以下步驟實施檢測，方法流程如圖2所示。
[0012] 步驟一：在如圖1所示的檢測裝置下進行實驗，其中，實驗所用陣列換能器中心頻 率為f，陣元總個數(shù)為N，單個陣元的寬度為a，相鄰兩陣元的中心距離為P，超聲波在被測試 件中的傳播波速為c，則波書
【主權(quán)項】
1. 一種用于板結(jié)構(gòu)裂紋定量評價的超聲陣列復(fù)合成像方法，其特征在于：該方法具體 按照以下步驟實施檢測， 步驟一：在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下進行實驗，其中，實驗所用陣列換能器中心頻率為f，陣 元總個數(shù)為N，單