專利名稱：雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，屬于超聲波無損檢測領(lǐng)域。適用于航空航天、橋梁、輸油管道、大型化工儲罐的大型裝備中，薄板結(jié)構(gòu)的無損檢測。
背景技術(shù)：
薄板結(jié)構(gòu)在大型化工容器、航空航天、軌道、橋梁建筑、水壩、電力設(shè)備、輸油管道中被廣泛使用。薄板結(jié)構(gòu)在加工時常會引入缺陷，如分層、夾雜、孔形缺陷、裂紋缺陷，都會對設(shè)備的安全使用構(gòu)成威脅。同時在使用過程中外部加載以及使用環(huán)境的變化，都能引起內(nèi)部細小缺陷源的擴展，進而造成疲勞破壞，因此，迫切需要對它進行無損檢測，以避免事故的發(fā)生。超聲無損檢測技術(shù)的檢測能力強，設(shè)備簡單輕便，對構(gòu)建及周圍環(huán)境無污染和危害，使其在無損檢測中應(yīng)用得非常廣泛。常用的超聲無損檢測是縱波和橫波檢測，但當(dāng)超聲波在薄板特別是厚度在2_以下的薄板里面?zhèn)鞑r，形成了一種新的干涉疊加的超聲波形式，即蘭姆波。蘭姆波具有傳播距離長、多模式和頻散等特性，與常規(guī)超聲的逐點掃查不同，蘭姆波可在結(jié)構(gòu)的一點發(fā)射，另一點接收，可掃查一條線上的信息。若對感興趣的檢測區(qū)域沿不同方向進行類似的掃描，得到多源發(fā)射-多源接收的蘭姆波信息。蘭姆波的傳播速度的大小是依賴于介質(zhì)的厚度變化，因此，利用蘭姆波某個模式下的走時數(shù)據(jù)采用計算機層析成像技術(shù)就可以反演出該介質(zhì)的厚度變化分布圖，從而獲得缺陷區(qū)域的圖像。計算機層析成像技術(shù)(computed tomography,簡稱CT)是利用從不同角度獲得的投影數(shù)據(jù)，以無損的方式重建出物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像的一項技術(shù)。蘭姆波層析成像技術(shù)，能夠?qū)Ρ“褰Y(jié)構(gòu)定量地探測到損傷或缺陷的類型、尺寸、位置、形狀、取向，利用這些信息不僅能夠隨時檢測設(shè)備的健康狀況，而且根據(jù)斷裂力學(xué)理論和損傷容限設(shè)計，對設(shè)備構(gòu)件的狀態(tài)、能否繼續(xù)使用做出評估和判斷，及早對存在的安全隱患做出預(yù)防和處理措施。蘭姆波層析成像方法根據(jù)發(fā)射點和接收點的布置方式分有平行投影層析成像、扇束投影層析成像和跨孔層析成像。前兩者從醫(yī)學(xué)CT中發(fā)展過來，常用基于Radon理論的解析算法，但要求射源繞固定中心旋轉(zhuǎn)。對于平行束投影，設(shè)備的實現(xiàn)比較困難；對于扇束投影，由于重建區(qū)域不是在射源區(qū)域內(nèi)緊支撐的，投影數(shù)據(jù)存在截斷，很難獲得精確的重建結(jié)果。后者是從地震CT中發(fā)展過來，因其結(jié)構(gòu)不滿足Radon變換需要的數(shù)學(xué)模型常用迭代算法。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Eugene等人在Journal of the AcousticalSociety of America 上發(fā)表的論文 Fan beam and double crosshole Lamb wavetomography for mapping flaws in aging aircraft structures,石開究了米用迭代方法對換能器扇束和雙跨孔距排列的蘭姆波層析重建，該方法可定量檢測飛行器的缺陷。國內(nèi)也有高校開展蘭姆波的研究。經(jīng)過對國內(nèi)相關(guān)專利檢索，申請?zhí)枮?00810240571. 7的發(fā)明專利申請公開適合鋼質(zhì)儲罐底板的導(dǎo)波在線檢測方法(
公開日2010-06-30)，該方法雖然用濾波反投影算法對蘭姆波數(shù)據(jù)采進行重建，但因采用平行投影數(shù)據(jù)方式，圖像的重建質(zhì)量受限于數(shù)據(jù)采集時間和設(shè)備成本。因此，目前基于蘭姆波薄板結(jié)構(gòu)的層析重建方法常采用扇束和雙跨孔距結(jié)構(gòu)利用迭代算法進行重建。相對解析重建算法，迭代重建算法屬于近似重建算法，具有易于處理投影數(shù)據(jù)截斷，適合非圓掃描軌跡的層析重建，可引入物體先驗信息的優(yōu)點。其缺點是重建速度慢，易收斂于離初始值最近的解。此外，迭代算法屬于前驅(qū)動模型，即重建圖像需要沿射線方向進行權(quán)重采樣。對于雙跨孔距結(jié)構(gòu)，從每個換能器發(fā)出的射線呈扇束狀，相對重建圖像的分辨率，對扇束狀的射束進行權(quán)重采樣存在過采樣和欠采樣的問題，在重建過程中需要沿射線方向進行變分辨率的重采樣，否則重建圖像將出現(xiàn)偽象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng) 的檢測方法，其特點是將雙跨孔距采集到的投影數(shù)據(jù)重排為平行束，利用解析重建算法進行重建。避免了雙跨孔距迭代方法分辨率低，重建精度不高的缺點，同時也避免了扇束投影層析重建方法數(shù)據(jù)截斷，提高了重建圖像精度，為薄板結(jié)構(gòu)的檢測提供方法支撐。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實現(xiàn)雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法包括投影數(shù)據(jù)采集模塊，投影數(shù)據(jù)重排模塊，微分和反投影模塊，濾波模塊，圖像顯示模塊；投影數(shù)據(jù)采集模塊與投影數(shù)據(jù)重排模塊連接，投影數(shù)據(jù)重排模塊與微分和反投影模塊連接，微分和反投影模塊與濾波模塊連接，濾波模塊與圖像顯示模塊連接；投影數(shù)據(jù)采集模塊按雙跨孔距結(jié)構(gòu)布置的換能器，對缺陷區(qū)域進行投影掃描，每個換能器交替順次發(fā)出蘭姆波，其余換能器按既定規(guī)則采集蘭姆波的投影數(shù)據(jù)；投影數(shù)據(jù)重排模塊，將雙跨孔距結(jié)構(gòu)采集的投影數(shù)據(jù)重排為平行投影數(shù)據(jù)；微分和反投影模塊對平行投影數(shù)據(jù)進行變間距微分和變角度積分的反投影計算；濾波模塊對反投影數(shù)據(jù)進行有限希爾伯特運算，獲得物體的重建圖像，經(jīng)由圖像顯示模塊顯示重建圖像。所述投影數(shù)據(jù)采集模塊由換能器控制單元和成像區(qū)域構(gòu)成，投影數(shù)據(jù)采集模塊與投影數(shù)據(jù)重排模塊連接。所述雙跨孔距結(jié)構(gòu)，包含按照雙跨孔距排列的多個換能器單元，雙跨孔距每個邊上換能器個數(shù)相等，每邊個數(shù)為η (η ^ 8)，相鄰兩個換能器之間的距離相等，整個換能器排列成中心對稱。所述雙跨孔距等距排列的換能器，采用脈沖工作方式交替順次發(fā)出蘭姆波，當(dāng)某一邊的某個換能器發(fā)出蘭姆波時，雙跨孔距排列中其余三邊中最多有兩邊上的換能器接收蘭姆波走時信號，并將走時信號轉(zhuǎn)換為投影數(shù)據(jù)。所述投影數(shù)據(jù)重排模塊，用于將雙跨孔距采集的投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為
掃描區(qū)間的平行束投影數(shù)據(jù)。所述投影數(shù)據(jù)重排模塊(2)是將采集的投影數(shù)據(jù)重排為徑向變投影個數(shù)、徑向變投影間距和軸向變轉(zhuǎn)角采樣的平行束投影數(shù)據(jù)所述軸向變轉(zhuǎn)角采樣，每個轉(zhuǎn)角位置相對于y軸的夾角為
權(quán)利要求
1.一種雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于該檢測方法包括投影數(shù)據(jù)采集模塊(1)，投影數(shù)據(jù)重排模塊(2)，微分和反投影模塊(3)，濾波模塊(4)，圖像顯示模塊(5);投影數(shù)據(jù)采集模塊(I)與投影數(shù)據(jù)重排模塊(2)連接，投影數(shù)據(jù)重排模塊與微分和反投影模塊(3)連接，微分和反投影模塊與濾波模塊(4)連接，濾波模塊與圖像顯示模塊(5)連接；投影數(shù)據(jù)采集模塊(I)按雙跨孔距結(jié)構(gòu)布置的換能器，對缺陷區(qū)域進行投影掃描，每個換能器交替順次發(fā)出蘭姆波，其余換能器按既定規(guī)則采集蘭姆波的投影數(shù)據(jù)；投影數(shù)據(jù)重排模塊(2)，將雙跨孔距結(jié)構(gòu)采集的投影數(shù)據(jù)重排為平行投影數(shù)據(jù)；微分和反投影模塊(3)，對平行投影數(shù)據(jù)進行變間距微分和變角度積分的反投影計算；濾波模塊(4)，對反投影數(shù)據(jù)進行有限希爾伯特運算，獲得物體的重建圖像，經(jīng)由圖像顯示模塊(5)顯示重建圖像。
2.如權(quán)利要求I所述雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于所述投影數(shù)據(jù)采集模塊(I)由換能器控制單元(6 )和成像區(qū)域(7 )構(gòu)成，投影數(shù)據(jù)采集模塊與投影數(shù)據(jù)重排模塊(2)連接。
3.如權(quán)利要求I所述雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于所述雙跨孔距結(jié)構(gòu)，包含按照雙跨孔距排列的多個換能器單元，雙跨孔距每個邊上換能器個數(shù)相等，每邊個數(shù)為n(n ^ 8)，相鄰兩個換能器之間為等距排列，整個換能器排列成中心對稱。
4.如權(quán)利要求I或3所述雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于所述雙跨孔距等距排列的換能器采用脈沖工作方式交替順次發(fā)出蘭姆波，當(dāng)某一邊的某個換能器發(fā)出蘭姆波時，雙跨孔距排列中其余三邊中最多有兩邊上的換能器接收蘭姆波走時信號，并將走時信號轉(zhuǎn)換為投影數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求I所述雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于所述投影數(shù)據(jù)重排模塊(2)，用于將雙跨孔距采集的投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為[O，180°]掃描區(qū)間的平行束投影數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求I或5的雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于所述投影數(shù)據(jù)重排模塊(2)是徑向變投影個數(shù)、徑向變投影間距和軸向變轉(zhuǎn)角采樣的平行束投影數(shù)據(jù) 所述軸向變轉(zhuǎn)角采樣，每個轉(zhuǎn)角位置相對于y軸的夾角為
7.如權(quán)利要求I所述雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于所述微分和微分和反投影模塊(3)，對投影數(shù)據(jù)進行變間距的微分，在對變微分后的投影數(shù)據(jù)進行變角度的積分，積分的上下限分別為0°和180°。微分和反投影數(shù)據(jù)輸出的結(jié)果是沿笛卡爾坐標軸的反投影數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求I的雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于所述濾波模塊(4)分別沿若干條平行于笛卡爾坐標y軸方向進行有限希爾伯特逆變換，得到沿笛卡爾坐標軸的重建圖像。
9.如權(quán)利要求I或8所述雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于所述有限希爾伯特變換是沿笛卡爾坐標軸方向進行的有限希爾伯特變換，要求反投影區(qū)域大于雙跨孔距排列的換能器所包圍的區(qū)域，再進行濾波，獲得較精確的重建圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙跨孔距蘭姆波層析重建系統(tǒng)的檢測方法，其特點是投影數(shù)據(jù)采集模塊(1)與投影數(shù)據(jù)重排模塊(2)連接，投影數(shù)據(jù)重排模塊與反投影模塊(3)連接，反投影模塊與濾波模塊(4)連接，濾波模塊與圖像顯示模塊(5)連接；投影數(shù)據(jù)采集模塊(1)按雙跨孔距結(jié)構(gòu)布置的換能器，對缺陷區(qū)域進行投影掃描采集蘭姆波的投影數(shù)據(jù)；投影數(shù)據(jù)重排模塊(2)，將雙跨孔距結(jié)構(gòu)采集的投影數(shù)據(jù)重排為平行投影數(shù)據(jù)；微分和反投影模塊(3)，對平行投影數(shù)據(jù)進行變間距微分和變角度積分的反投影計算；濾波模塊(4)，對反投影數(shù)據(jù)進行有限希爾伯特運算，獲得物體的重建圖像，經(jīng)由圖像顯示模塊(5)顯示重建圖像。
文檔編號G01N29/44GK102928510SQ20121044292
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者王瑜, 陳亮, 李迅波, 梁巍, 陳勇強, 黃建龍, 董彥磊 申請人:電子科技大學(xué)