專利名稱：一種帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒ㄅc系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲波探傷的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶溫度補償?shù)挠贸暡〒Q能器 陣列對被測工件進行探傷的方法和裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)探傷利用物質(zhì)的聲、光等特性，檢測被測工件內(nèi)是否存在裂縫、細紋等缺陷， 并給出缺陷的位置、大小、形狀等信息。隨著無損檢測技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測以其不介入 被測工件、不影響設(shè)備正常工作的優(yōu)點，得到越來越廣泛的應用。超聲波檢測一般采用脈沖 反射法，發(fā)射端發(fā)射短時脈沖波到被測工件內(nèi)，若被測工件沒有裂縫、細紋等缺陷，則發(fā)射 波只會傳播到被測工件底面并產(chǎn)生反射回波；若被測工件存在裂縫、細紋等缺陷，則發(fā)射波 和底面的反射回波之間會出現(xiàn)一個或幾個缺陷反射回波。測量缺陷反射回波相對于發(fā)射波 的時延，結(jié)合已知的超聲波在被測工件中的傳播速度(如聲波在16MnR鋼中的理想傳播速 度縱波是5920m/s，橫波是3220m/s)，就可以很容易地得到缺陷與發(fā)射端之間的距離，即 是估算出了缺陷的位置，而對缺陷反射回波的細致分析又可以得到缺陷的大小、形狀等信 肩、ο傳統(tǒng)超聲波檢測的方法是采用單通道超聲波檢測，此方法每次的探測范圍有限， 所以需要經(jīng)常移動探頭；而且其聚焦區(qū)域固定，不利于探測。最近出現(xiàn)的多通道超聲波檢測方法，是通過控制相位延遲，調(diào)節(jié)超聲波換能器陣 列中各陣元的工作次序，獲得所需要的發(fā)射聲場，并進行選區(qū)接收，有助于對缺陷進行更靈 活準確的定位。相控陣超聲技術(shù)，其特點是使用超聲波換能器陣列，各陣元具有獨立的發(fā)射 和接收電路，通過控制各陣元的發(fā)射和接收延時，可以實現(xiàn)對超聲波束的控制。其中，相控 陣發(fā)射時，設(shè)置好各個陣元發(fā)射信號的波形、幅度和相位延遲，使各陣元發(fā)射的超聲子波束 在空間疊加合成，得到聲束聚焦和聲束偏轉(zhuǎn)以及偏轉(zhuǎn)與聚焦的組合控制等效果。相控陣接 收時，超聲波換能器陣列接收回波信號，經(jīng)過信號預處理以后，對各陣元接收到的回波信號 進行延時補償，然后疊加合成，就能將某個方向的回波信號聚焦，而其他方向的回波信號會 因為相消干涉而減弱或抵消。對于工業(yè)探傷而言，被測工件的缺陷往往都在毫米級以下，對缺陷的判斷、準確定 位要求非常高。而一些外在環(huán)境如溫度會對缺陷的判斷和準確定位產(chǎn)生影響。例如聲波在 16MnR鋼中的理想傳播速度縱波是5920m/s，橫波是3220m/s，這是在常溫(20°C-—30°C)的 聲速，當溫度發(fā)生改變后，聲速也會發(fā)生改變，就不再是理想值。研究人員在16MnR鋼中測 試超聲波傳播速度的實驗中發(fā)現(xiàn)，溫度變化會對16MnR鋼的彈性模量、泊松比和密度的變 化產(chǎn)生影響，進而對超聲波在16MnR鋼的傳播速度產(chǎn)生影響。這說明，聲速會隨溫度的變化 發(fā)生變化。而聲速的變化會造成缺陷空間位置的誤判。舉例說明，如溫度為50°G時，16MnR 鋼中存在一條與發(fā)射端垂直距離為5cm的裂縫，此溫度下聲速在16MnR鋼中的準確值應該 為3150m/s (橫波)，但如果繼續(xù)使用聲速在16MnR鋼中的理想值3220m/s (橫波)，就會把 裂縫的深度位置誤判為5. 5cm。這樣，聲速在16MnR鋼中5920m/s (縱波)，3220m/s (橫波)的理想取值就不再適用了，此時需要測量溫度，對聲速做出一定的修正。于2005年3月2日公開的中國發(fā)明專利申請CN1588036A，提出了一種超聲波探 傷系統(tǒng)，該裝置由超聲波換能器、處理系統(tǒng)、圖像顯示裝置及信號處理軟件組成，超聲波換 能器采用了旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，優(yōu)選采用球形結(jié)構(gòu)或圓柱體結(jié)構(gòu)，利用信號處理軟件將得到的信 息進行實時的二維，三維成像。但這種裝置仍存有一些不足
1、采用旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的超聲波換能器陣列對耦合劑的要求很高，通常只能采用液浸探傷 的方法，不利于現(xiàn)場探傷應用。2、計算缺陷位置所使用的被測工件內(nèi)聲速被視為一個恒定數(shù)值，并沒有考慮到溫 度對被測工件內(nèi)聲速的影響，從而對缺陷的定位造成偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有方法沒有考慮到溫度對被測工件內(nèi)聲速的影響和對耦 合劑要求高的不足，提出一種帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒ㄅc系統(tǒng)。根據(jù)溫度和被測工 件內(nèi)聲速的理論關(guān)系函數(shù)計算被測工件內(nèi)聲速的準確值，再采用二維面形結(jié)構(gòu)的超聲波換 能器陣列得到缺陷的大致區(qū)域，進而用波束成形技術(shù)發(fā)射動態(tài)聚焦和偏轉(zhuǎn)的超聲波以得到 微小缺陷的精確位置，而對缺陷反射回波的細致分析又可以得到缺陷的大小、形狀等信息。 這樣可以提高檢測的準確度，提高對復雜結(jié)構(gòu)件和微小缺陷的檢測能力。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺到y(tǒng)，包括超聲波換能器陣列、發(fā)射模塊、接收模塊、 測溫電路和控制模塊；控制模塊分別與發(fā)射模塊、接收模塊、測溫電路連接；發(fā)射模塊和接 收模塊分別與超聲波換能器陣列連接，發(fā)射模塊用于驅(qū)動超聲波換能器陣列發(fā)射超聲波， 接收模塊用于接收和處理回波信號；所述超聲波換能器陣列由多個超聲波探頭組成，超聲 波換能器陣列采用二維的面形結(jié)構(gòu)；所述測溫電路包括數(shù)字式溫度傳感器，用于測量環(huán)境 的溫度和被測工件的溫度，再把所測得的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到控制模塊；所述控制模塊根據(jù)測 溫電路測得的溫度數(shù)據(jù)對聲速作修正，并利用超聲波換能器陣列測得缺陷的大致區(qū)域和精 確位置。上述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺到y(tǒng)，在超聲波換能器陣列的平面上，陣元呈 行列平行分布；所述發(fā)射模塊包含若干個與超聲波換能器陣列相連的發(fā)射單元，每個發(fā)射 單元均由順次連接的波形緩存器、D/A轉(zhuǎn)換器和高頻功率放大器組成；所述接收模塊包含 若干個與超聲波換能器陣列相連的接收單元，每個接收單元均由順次連接的程控放大器、 濾波檢波器、A/D轉(zhuǎn)換器和采樣緩存器組成。上述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺到y(tǒng)，所述控制模塊包括存儲單元、運算單元 和控制單元，存儲單元中存有缺陷數(shù)據(jù)庫和各種工件在不同溫度下的聲速理論關(guān)系函數(shù); 所述運算單元接收測溫電路所測得的兩組溫度數(shù)據(jù)并加權(quán)平均得到實際溫度，再結(jié)合實際 溫度，調(diào)用存儲單元中的溫度和被測工件內(nèi)聲速的理論關(guān)系函數(shù)，計算被測工件內(nèi)聲速的 準確值；運算單元還根據(jù)設(shè)定的幅度閾值，利用超聲波換能器陣列行列預掃描的回波信號 判斷是否存在缺陷，當存在缺陷時，則計算缺陷的大致區(qū)域；所述控制單元首先控制超聲波 換能器陣列分別按行和按列對被測工件進行預掃描，當存在缺陷時，再根據(jù)缺陷所在的大 致區(qū)域計算每個陣元發(fā)射波的幅度和延時，控制每個陣元的發(fā)射來完成集中掃描，獲得發(fā)射波與缺陷反射回波之間的時延，控制單元還根據(jù)集中掃描獲得的缺陷反射回波搜索存儲 單元中的缺陷數(shù)據(jù)庫，判斷缺陷的實際大小和形狀，控制單元同時控制運算單元，根據(jù)聲速 的準確值和發(fā)射波與缺陷反射回波之間的時延計算缺陷的精確位置。本發(fā)明還提供一種帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒ǎ洳捎脺y溫電路對聲速作修 正，采用二維面形結(jié)構(gòu)的超聲波換能器陣列得到缺陷的大致區(qū)域，進而用波束成形技術(shù)發(fā) 射動態(tài)聚焦和偏轉(zhuǎn)的超聲波以得到微小缺陷的精確位置，以及采用與缺陷數(shù)據(jù)庫對照的方 法，從而得到缺陷的大小、形狀信息。上述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒ň唧w包括如下步驟
(1)測溫電路分別測量環(huán)境的溫度和被測工件的溫度，把所測得的兩組溫度數(shù)據(jù)發(fā)送 到控制模塊；
(2)控制模塊中的運算單元對所測得的兩組溫度數(shù)據(jù)作加權(quán)平均得到實際溫度，再結(jié) 合實際溫度，調(diào)用存儲單元中的溫度與被測工件內(nèi)聲速的理論關(guān)系函數(shù)計算被測工件內(nèi)聲 速的準確值；
(3)控制模塊中的控制單元在超聲波換能器陣列所在XY平面的基礎(chǔ)上建立一個空間 直角坐標系XYZ，使發(fā)射模塊驅(qū)動超聲波換能器陣列的每行依次預掃描被測工件內(nèi)部的XZ 面，得到被測工件沿XZ面上的回波信號；再使發(fā)射模塊驅(qū)動超聲波換能器陣列的每列依次 預掃描被測工件內(nèi)部的YZ面，得到被測工件沿YZ面上的回波信號；
(4)超聲波換能器陣列分別接收被測工件在行和列這兩個方向上的預掃描回波信號， 經(jīng)過接收模塊處理后發(fā)送到控制模塊；控制模塊中的運算單元根據(jù)設(shè)定好的幅度閾值，利 用行列兩個方向上的所述預掃描回波信號判斷是否存在缺陷，如果存在缺陷，則利用函數(shù) 關(guān)系式L=C*T計算XZ面上缺陷點的大致位置坐標，從而得到一系列缺陷點的位置集合，確 定缺陷所在大致區(qū)域；其中，L為缺陷點與發(fā)射端的大致距離，C為聲速的準確值，T為發(fā)射 波與缺陷反射回波之間的時延；
(5)控制模塊中的控制單元采用根據(jù)缺陷所在的大致區(qū)域計算每個陣元發(fā)射超聲波的 幅度和延時，控制每個陣元對缺陷所在的大致區(qū)域發(fā)射動態(tài)聚焦和偏轉(zhuǎn)的超聲波來完成集 中掃描，超聲波換能器陣列接收集中掃描所獲得的缺陷反射回波，經(jīng)過接收模塊的處理后 輸出到控制模塊；
(6)控制模塊根據(jù)集中掃描所獲得的缺陷反射回波的回波特征，搜索存儲單元中的缺 陷數(shù)據(jù)庫，利用相似缺陷的信息判斷缺陷的實際大小和形狀；同時配合運算單元，利用聲 速的準確值和函數(shù)關(guān)系式L' =C*T'計算缺陷的精確位置，其中L'為缺陷與發(fā)射端的精 確距離，C為聲速的準確值，T'為發(fā)射波與集中掃描所獲得的缺陷反射回波之間的時延； 最后把缺陷的精確位置、實際大小和形狀一起輸出到人機交互操作平臺，并更新缺陷數(shù)據(jù) 庫；
(7)人機交互操作平臺的顯示單元接收控制模塊的輸出信息，采用三維成像技術(shù)，把缺 陷的精確位置、實際大小和形狀用三維立體圖的形式顯示出來。上述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒?，步驟(4)中，當發(fā)射波與底面反射回波之 間存在其他回波，且該回波的幅度大于所述閾值時，則認為該回波是缺陷反射回波，被測工 件內(nèi)存在缺陷。上述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒?，步驟(1)之前還包括選取若干試塊，試塊里面存在各種典型的缺陷，在不同溫度下，超聲波換能器陣列發(fā)射探測超聲波，并接收反 射回波，經(jīng)過接收模塊的處理后發(fā)送到控制模塊；控制模塊將缺陷的信息以及該種缺陷的 反射回波的特征存進存儲單元中的缺陷數(shù)據(jù)庫，便于在以后探傷中能與實際的回波信號進 行對照；所述缺陷的信息包括缺陷類型和缺陷大??；所述反射回波的特征包括回波形狀和 回波高度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果
1、采用二維面形結(jié)構(gòu)的超聲波換能器陣列，在此基礎(chǔ)上建立空間直角坐標系，聲束可 以在三維的空間內(nèi)任意偏轉(zhuǎn)和聚焦，而且對耦合劑的性質(zhì)狀態(tài)要求不高，具有很好的現(xiàn)場 探傷適應性。這種面形結(jié)構(gòu)的二維陣列是對采用線性結(jié)構(gòu)的一維陣列和采用旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的 三維陣列的一種折中選擇，適合現(xiàn)場探傷的惡劣環(huán)境。2、系統(tǒng)開始探傷前，先測量環(huán)境的溫度和被測工件的溫度，修正被測工件內(nèi)的聲 速，從而克服了溫度對被測工件內(nèi)聲速的影響。3、系統(tǒng)先行列預掃描被測工件，確定缺陷大致區(qū)域，然后再采用陣列的波束成形 技術(shù)，集中掃描缺陷所在的大致區(qū)域，能減少掃描時間和處理時間，且更容易對微小的缺陷 進行準確定位。4、采用建立缺陷數(shù)據(jù)庫的形式將探測到的缺陷信息存儲起來便于在以后探傷時 提供參考，具有很好的實用性。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是采用二維面形結(jié)構(gòu)的超聲波換能器陣列探傷的坐標圖。圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖。圖4是16MnR鋼中不同溫度與橫波聲速的關(guān)系圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施和保護范圍不限于 此。如圖1所示，本發(fā)明所述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺到y(tǒng)包括超聲波換能器陣 列1、發(fā)射模塊2 (含若干個發(fā)射單元，此處取4*4個)、接收模塊3 (含若干個接收單元，此 處取4*4個)、測溫電路4、控制模塊5、人機交互操作平臺6。其中，每個發(fā)射單元均由高頻 功率放大器21，D/A轉(zhuǎn)換器22，波形緩存器23組成；每個接收單元均由程控放大器31，濾波 檢波器32，A/D轉(zhuǎn)換器33和采樣緩存器34組成；測溫電路4由DS18B20數(shù)字式溫度傳感器 為核心構(gòu)成；控制模塊5由控制單元51，運算單元52，存儲單元53組成。人機交互操作平 臺6向控制模塊5發(fā)出指令，控制模塊5首先根據(jù)接收到的測溫電路4測量的溫度數(shù)據(jù)計 算被測工件內(nèi)的聲速的準確值，再使發(fā)射模塊2驅(qū)動超聲波換能器陣列1向被測工件發(fā)射 超聲波，進行行列預掃描。如果存在缺陷，控制模塊5則計算缺陷所在的大致區(qū)域，并控制 發(fā)射模塊2集中掃描缺陷所在的大致區(qū)域，超聲波換能器陣列1接收集中掃描所獲的缺陷 反射回波，經(jīng)過接收模塊3的處理后發(fā)送到控制模塊5?？刂颇K5搜索存儲單元53中的 缺陷數(shù)據(jù)庫，判斷缺陷的實際大小和形狀，同時結(jié)合聲速的準確值計算缺陷的精確位置，再把缺陷的精確位置、實際大小和形狀輸出到人機交互操作平臺6，并更新缺陷數(shù)據(jù)庫，最后 采用三維成像技術(shù)把缺陷的精確位置、實際大小和形狀顯示出來。所述人機交互操作平臺 包含控制面板和顯示單元，通過控制面板發(fā)出控制指令(如開始指令，結(jié)束指令)；顯示單元 接收控制模塊的輸出信息，采用三維成像技術(shù)，把缺陷的精確位置、實際大小和形狀用三維 立體圖的形式顯示出來。
如圖2所示，超聲波換能器陣列1采用二維面形(如4*4)的結(jié)構(gòu)。以超聲波換能器 陣列1所在的平面為基礎(chǔ)建立空間直角坐標系，即先確定X軸和Y軸的方向后，Z軸方向指 向被測工件的內(nèi)部，此空間直角坐標系可對空間上任意點進行定位。如圖3所示，本實施例實現(xiàn)一種帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒ㄅc裝置的工作流 程包括以下步驟
步驟一、選取若干試塊，試塊里面存在各種典型的缺陷，在不同溫度下，超聲波換能器 陣列1發(fā)射探測超聲波，并接收反射回波，經(jīng)過接收模塊的處理后發(fā)送到控制模塊5?？刂?模塊5將某種缺陷的信息(如缺陷類型、缺陷大小等)以及該種缺陷的反射回波的特征(如回 波形狀、回波高度等)存進存儲單元53中的缺陷數(shù)據(jù)庫，便于在以后探傷中能與實際的回波 信號進行對照。步驟二、測溫電路4開始工作，分別測量環(huán)境的溫度和被測工件的溫度，把所測得 的兩組溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到控制模塊5。步驟三、控制模塊5中的運算單元52對所測得的兩組溫度數(shù)據(jù)作加權(quán)平均得到 實際溫度，再結(jié)合實際溫度，調(diào)用存儲單元53中的溫度與被測工件內(nèi)聲速的理論關(guān)系函數(shù) (舉例說明，如16MnR鋼中的溫度與聲速的理論關(guān)系函數(shù)為
c=m3i-iJii4r+i.iii93*ifr￥-3.5i474*irsrB+3.0526 *w4r1'其中 c 為 聲速，T為實際溫度，其曲線圖見圖4)，計算被測工件內(nèi)聲速的準確值。步驟四、控制模塊5中的控制單元51在超聲波換能器陣列1所在平面的基礎(chǔ)上建 立一個空間直角坐標系，使發(fā)射模塊2驅(qū)動超聲波換能器陣列1的每行依次預掃描被測工 件內(nèi)部的XZ面，得到被測工件沿XZ面上的回波信號；再使發(fā)射模塊2驅(qū)動超聲波換能器陣 列1的每列依次預掃描被測工件內(nèi)部的YZ面，得到被測工件沿YZ面上的回波信號。步驟五、超聲波換能器陣列1分別接收被測工件在行和列這兩個方向上的預掃描 回波信號，經(jīng)過接收模塊3的處理后均發(fā)送到控制模塊5?？刂颇K5中的運算單元52根 據(jù)其內(nèi)部設(shè)定好的幅度閾值，利用行列預掃描的回波信號判斷是否存在缺陷(當發(fā)射波與 底面反射回波之間存在其他回波，且該回波的幅度大于閾值時，則認為該回波是缺陷反射 回波，被測工件內(nèi)存在缺陷)。如果存在缺陷，則利用函數(shù)關(guān)系式L=C*T (其中L為缺陷點與 發(fā)射端的大致距離，C為聲速的準確值，T為發(fā)射波與缺陷反射回波之間的時延)計算XZ面 上缺陷點的大致位置，用(XI，Zl)，(X2，Z2)，……等一系列的點坐標來表示；同樣的方法 可判斷在YZ面上反射回波出現(xiàn)的異常，用(Yl，Zl)，(Y2，Z2)，……等一系列的點坐標來 表示YZ面上缺陷點的大致位置。對這些點合成，例如取Z值相等的兩個點(XI，Z1)和(Y1， Z1)合成為(XI，Yl, Z1)，其它點也按照此方法合成，從而缺陷應該出現(xiàn)在點(XI，Yl, Z1)， (X2，Y2，Z2)，……附近的空間區(qū)域。步驟六、控制模塊5中的控制單元51采用波束成形技術(shù)，根據(jù)缺陷所在的大致區(qū) 域計算每個陣元發(fā)射超聲波的幅度和延時，控制每個陣元的發(fā)射，對缺陷所在的大致區(qū)域發(fā)射動態(tài)聚焦和偏轉(zhuǎn)的超聲波來完成集中掃描，超聲波換能器陣列1接收集中掃描所獲得 的缺陷反射回波，經(jīng)過接收模塊3的處理后輸出到控制模塊5。步驟七、控制模塊5根據(jù)集中掃描所獲得的缺陷反射回波的回波特征(如回波高 度，回波形狀等)，搜索存儲單元53中的缺陷數(shù)據(jù)庫，利用相似缺陷的參考信息判斷缺陷的 實際大小和形狀。同時配合運算單元52，利用聲速的準確值和函數(shù)關(guān)系式L' =C*T'(其 中L'為缺陷與發(fā)射端的精確距離，C為聲速的準確值，T'為發(fā)射波與集中掃描所獲得的 缺陷反射回波之間的時延)，計算缺陷的精確位置。最后把缺陷的精確位置、實際大小和形 狀一起輸出到人機交互操作平臺，并更新缺陷數(shù)據(jù)庫。步驟八、人機交互操作平臺6的顯示單元接收控制模塊5的輸出信息，采用三維成 像技術(shù)，把缺陷的精確位置、實際大小和形狀用三維立體圖的形式顯示出來。步驟九、選擇是否繼續(xù)進行探傷，是則跳轉(zhuǎn)至步驟四；否則結(jié)束。本發(fā)明利用測溫電路測量實際溫度，修正被測工件內(nèi)的聲速；在超聲波換能器陣 列所在平面的基礎(chǔ)上建立一個空間直角坐標系，能方便的在被測工件體內(nèi)進行聲束偏轉(zhuǎn)與 動態(tài)聚焦，更具靈活性；采用建立缺陷數(shù)據(jù)庫的形式將探測到的缺陷信息存儲起來便于以 后探傷時對照，具有很大的實用性。關(guān)于探傷所用的超聲波頻率，以及超聲波換能器陣列的 參數(shù)，可根據(jù)具體情況進行選擇。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺到y(tǒng)，其特征在于包括超聲波換能器陣列、發(fā)射模塊、接收模塊、測溫電路和控制模塊；控制模塊分別與發(fā)射模塊、接收模塊、測溫電路連接；發(fā)射模塊和接收模塊分別與超聲波換能器陣列連接，發(fā)射模塊用于驅(qū)動超聲波換能器陣列發(fā)射超聲波，接收模塊用于接收和處理回波信號；所述超聲波換能器陣列由多個超聲波探頭組成，超聲波換能器陣列采用二維的面形結(jié)構(gòu)；所述測溫電路包括數(shù)字式溫度傳感器，用于測量環(huán)境的溫度和被測工件的溫度，再把所測得的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到控制模塊；所述控制模塊根據(jù)測溫電路測得的溫度數(shù)據(jù)對聲速作修正，并利用超聲波換能器陣列測得缺陷的大致區(qū)域和精確位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺到y(tǒng)，其特征在于，在超聲波換 能器陣列的平面上，陣元呈行列平行分布；所述發(fā)射模塊包含若干個與超聲波換能器陣列 相連的發(fā)射單元，每個發(fā)射單元均由順次連接的波形緩存器、D/A轉(zhuǎn)換器和高頻功率放大器 組成；所述接收模塊包含若干個與超聲波換能器陣列相連的接收單元，每個接收單元均由 順次連接的程控放大器、濾波檢波器、A/D轉(zhuǎn)換器和采樣緩存器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺到y(tǒng)，其特征在于，所述控制 模塊包括存儲單元、運算單元和控制單元，存儲單元中存有缺陷數(shù)據(jù)庫和各種工件在不同 溫度下的聲速理論關(guān)系函數(shù)；所述運算單元接收測溫電路所測得的兩組溫度數(shù)據(jù)并加權(quán)平 均得到實際溫度，再結(jié)合實際溫度，調(diào)用存儲單元中的溫度和被測工件內(nèi)聲速的理論關(guān)系 函數(shù)，計算被測工件內(nèi)聲速的準確值；運算單元還根據(jù)設(shè)定的幅度閾值，利用超聲波換能器 陣列行列預掃描的回波信號判斷是否存在缺陷，當存在缺陷時，則計算缺陷的大致區(qū)域；所 述控制單元首先控制超聲波換能器陣列分別按行和按列對被測工件進行預掃描，當存在缺 陷時，再根據(jù)缺陷所在的大致區(qū)域計算每個陣元發(fā)射波的幅度和延時，控制每個陣元的發(fā) 射來完成集中掃描，獲得發(fā)射波與缺陷反射回波之間的時延，控制單元還根據(jù)集中掃描獲 得的缺陷反射回波搜索存儲單元中的缺陷數(shù)據(jù)庫，判斷缺陷的實際大小和形狀，控制單元 同時控制運算單元，根據(jù)聲速的準確值和發(fā)射波與缺陷反射回波之間的時延計算缺陷的精 確位置。
4.一種帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒?，其特征在于采用測溫電路對聲速作修正，采 用二維面形結(jié)構(gòu)的超聲波換能器陣列得到缺陷的大致區(qū)域，進而用波束成形技術(shù)發(fā)射動態(tài) 聚焦和偏轉(zhuǎn)的超聲波以得到微小缺陷的精確位置，以及采用與缺陷數(shù)據(jù)庫對照的方法，從 而得到缺陷的大小、形狀信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒?，其特征在于包括如下步驟(1)測溫電路分別測量環(huán)境的溫度和被測工件的溫度，把所測得的兩組溫度數(shù)據(jù)發(fā)送 到控制模塊；(2)控制模塊中的運算單元對所測得的兩組溫度數(shù)據(jù)作加權(quán)平均得到實際溫度，再結(jié) 合實際溫度，調(diào)用存儲單元中的溫度與被測工件內(nèi)聲速的理論關(guān)系函數(shù)計算被測工件內(nèi)聲 速的準確值；(3)控制模塊中的控制單元在超聲波換能器陣列所在XY平面的基礎(chǔ)上建立一個空間 直角坐標系XYZ，使發(fā)射模塊驅(qū)動超聲波換能器陣列的每行依次預掃描被測工件內(nèi)部的XZ 面，得到被測工件沿XZ面上的回波信號；再使發(fā)射模塊驅(qū)動超聲波換能器陣列的每列依次預掃描被測工件內(nèi)部的YZ面，得到被測工件沿YZ面上的回波信號；(4)超聲波換能器陣列分別接收被測工件在行和列這兩個方向上的預掃描回波信號， 經(jīng)過接收模塊處理后發(fā)送到控制模塊；控制模塊中的運算單元根據(jù)設(shè)定好的幅度閾值，利 用行列兩個方向上的所述預掃描回波信號判斷是否存在缺陷，如果存在缺陷，則利用函數(shù) 關(guān)系式L=C*T計算XZ面上缺陷點的大致位置坐標，從而得到一系列缺陷點的位置集合，確 定缺陷所在大致區(qū)域；其中，L為缺陷點與發(fā)射端的大致距離，C為聲速的準確值，T為發(fā)射 波與缺陷反射回波之間的時延；(5)控制模塊中的控制單元采用根據(jù)缺陷所在的大致區(qū)域計算每個陣元發(fā)射超聲波的 幅度和延時，控制每個陣元對缺陷所在的大致區(qū)域發(fā)射動態(tài)聚焦和偏轉(zhuǎn)的超聲波來完成集 中掃描，超聲波換能器陣列接收集中掃描所獲得的缺陷反射回波，經(jīng)過接收模塊的處理后 輸出到控制模塊；(6)控制模塊根據(jù)集中掃描所獲得的缺陷反射回波的回波特征，搜索存儲單元中的缺 陷數(shù)據(jù)庫，利用相似缺陷的信息判斷缺陷的實際大小和形狀；同時配合運算單元，利用聲 速的準確值和函數(shù)關(guān)系式L' =C*T'計算缺陷的精確位置，其中L'為缺陷與發(fā)射端的精 確距離，C為聲速的準確值，T'為發(fā)射波與集中掃描所獲得的缺陷反射回波之間的時延； 最后把缺陷的精確位置、實際大小和形狀一起輸出到人機交互操作平臺，并更新缺陷數(shù)據(jù) 庫；(7)人機交互操作平臺的顯示單元接收控制模塊的輸出信息，采用三維成像技術(shù)，把缺 陷的精確位置、實際大小和形狀用三維立體圖的形式顯示出來。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒?，其特征在于步驟(4)中，當 發(fā)射波與底面反射回波之間存在其他回波，且該回波的幅度大于所述閾值時，則認為該回 波是缺陷反射回波，被測工件內(nèi)存在缺陷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒?，其特征在于步驟(1)之前 還包括選取若干試塊，試塊里面存在各種典型的缺陷，在不同溫度下，超聲波換能器陣列 發(fā)射探測超聲波，并接收反射回波，經(jīng)過接收模塊的處理后發(fā)送到控制模塊；控制模塊將缺 陷的信息以及該種缺陷的反射回波的特征存進存儲單元中的缺陷數(shù)據(jù)庫，便于在以后探傷 中能與實際的回波信號進行對照；所述缺陷的信息包括缺陷類型和缺陷大??；所述反射回 波的特征包括回波形狀和回波高度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種帶溫度補償?shù)年嚵谐曁絺椒ㄅc系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括超聲波換能器陣列、發(fā)射模塊、接收模塊、測溫電路和控制模塊；控制模塊分別與發(fā)射模塊、接收模塊、測溫電路連接；發(fā)射模塊和接收模塊分別與超聲波換能器陣列連接。所述方法采用測溫電路對聲速作修正，采用二維面形結(jié)構(gòu)的超聲波換能器陣列得到缺陷的大致區(qū)域，進而用波束成形技術(shù)發(fā)射動態(tài)聚焦和偏轉(zhuǎn)的超聲波以得到微小缺陷的精確位置，以及采用與缺陷數(shù)據(jù)庫對照的方法，從而得到缺陷的大小、形狀信息。本發(fā)明對耦合劑要求不高，可提高對復雜結(jié)構(gòu)件和微小缺陷的檢測能力和檢測精度。
文檔編號G01N29/22GK101943680SQ20101027021
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者曹燕, 梁永麟, 譚梁鐫, 韋崗 申請人:華南理工大學