本發(fā)明涉及多層復合材料缺陷檢測，具體而言，涉及一種超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法。

背景技術：

1、多層結構界面的完整性對材料性能至關重要，尤其在航空航天、電子封裝等領域。超聲波檢測作為一種有效的界面分層缺陷檢測方法，近年來得到廣泛應用。就目前而言，由于界面分層缺陷的厚度尺寸較?。ㄍǔ閹装佴蘭以下），傳統(tǒng)的超聲波檢測器件在檢測分層缺陷時因軸向分辨率低與回波重疊等問題而常常不被采納；同時，超聲波在傳播過程中會受到衍射現(xiàn)象的影響，其最小分辨距離約為波長的一半，當缺陷尺寸小于半波長時，缺陷背部與分層界面的散射信號易在時域上產(chǎn)生混疊，難以區(qū)分。基于此，為了提高檢測精度和可靠性，我們設計了一種超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，其通過引入相關系數(shù)法和相位特征分析，顯著提高了多層結構界面分層缺陷的檢測精度，基于多層結構界面網(wǎng)格模型為信號采集提供了可靠基礎。相關系數(shù)法能有效提取信號的相似性特征，而相位分析則增強了對微小缺陷的敏感度。結合空間映射技術，本發(fā)明能夠生成高分辨率的缺陷檢測圖像，為界面完整性評估提供了強有力的工具。

2、本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

3、一種超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，該方法的步驟包括：

4、構建多層結構界面，基于掃描單元對多層結構界面進行平移掃描，以搭建多層結構界面網(wǎng)格模型；

5、以多層結構界面網(wǎng)格模型中的每個網(wǎng)格點作為采集點，對每個網(wǎng)格點進行激勵信號配置，并選取特定角度對每個網(wǎng)格點進行超聲波激發(fā)及接收，獲取每個采集點的原始回波信號，匯總形成原始回波信號集；

6、對原始回波信號集進行信號分析及基準確定，得到基準信號及平移窗口參數(shù)；

7、對每個采集點的原始回波信號，在信號的整個時間范圍內(nèi)移動平移窗口，并計算窗口內(nèi)信號與基準信號的相關系數(shù)，生成每個采集點的相關系數(shù)與對應平移距離；

8、對每個采集點的相關系數(shù)進行正負性分析，并對每個采集點相關系數(shù)對應的平移距離進行時間延遲分析，結合正負性分析結果及時間延遲分析結果，提取每個采集點的相位特征數(shù)據(jù)；

9、將每個采集點的相位特征數(shù)據(jù)映射到多層結構界面網(wǎng)格模型對應的空間位置，輸出多層結構界面分層缺陷檢測圖像。

10、可選的，所述構建多層結構界面，其具體以第一固定材料作為上層傳播介質(zhì)，以第二固定材料作為下層傳播介質(zhì)，同時根據(jù)上層傳播介質(zhì)及下層傳播介質(zhì)選取空氣層作為分層缺陷，以構成所述多層結構界面。

11、可選的，所述對每個網(wǎng)格點進行激勵信號配置，并選取特定角度對每個網(wǎng)格點進行超聲波激發(fā)及接收，其具體為：

12、基于漢寧窗調(diào)制的單個正弦函數(shù)，其方向垂直于多層結構界面中的上層傳播介質(zhì)，同時設定中心頻率與長度對每個網(wǎng)格點進行超聲波激發(fā)及接收。

13、可選的，所述獲取每個采集點的原始回波信號，匯總形成原始回波信號集后，還包括預處理過程，其具體為：

14、對每個采集點的原始回波信號進行降噪與濾波；

15、將每個采集點的原始回波信號對齊到同一起始時間，對每個采集點的原始回波信號進行能量分析，根據(jù)能量分析結果定義時間范圍，確定有效回波信號的時間窗口：

16、基于有效回波信號的時間窗口對原始回波信號進行截取，并進行歸一化，得到每個采集點的有效回波信號，匯總形成有效回波信號集。

17、可選的，所述對原始回波信號集進行信號分析及基準確定，其中，對原始回波信號集進行信號分析，其具體過程為：

18、對有效回波信號集進行振蕩時間分析；

19、根據(jù)振蕩時間確定有效回波信號的回波范圍；

20、根據(jù)有效回波信號的回波范圍確定平移窗長度，所述平移窗長度表征平移窗口參數(shù)。

21、可選的，對原始回波信號集進行基準確定，其具體過程為：

22、基于有效回波信號集中的已知無缺陷區(qū)域選取一個或多個有效回波信號；

23、若選取多個有效回波信號，則求解多個有效回波信號的平均值；

24、將選定或求解的有效回波信號作為基準信號。

25、可選的，所述計算窗口內(nèi)信號與基準信號的相關系數(shù)，其具體計算公式為：

26、

27、其中，r為相關系數(shù)，a、b分別為兩組信號，μ與σ分別為均值及標準差，i為正整數(shù)，n為總數(shù)據(jù)量。

28、可選的，所述將每個采集點的相位特征數(shù)據(jù)映射到多層結構界面網(wǎng)格模型對應的空間位置，還包括應用插值算法、圖像增強、中值濾波及對比度增強進行處理，輸出處理后的多層結構界面分層缺陷檢測圖像。

29、本發(fā)明的技術方案至少具有如下優(yōu)點和有益效果：

30、本發(fā)明基于目前超聲反射方法無法檢測微小分層缺陷的原因在于分層缺陷很小，在時間上分層缺陷的回波會和下層介質(zhì)界面的回波發(fā)生混疊，只根據(jù)回波幅值無法判斷是否存在分層缺陷，因為幅值會受耦合效果和探頭本身性能等因素影響。因此本發(fā)明通過引入相關系數(shù)法和相位特征分析，顯著提高了多層結構界面分層缺陷的檢測精度，基于多層結構界面網(wǎng)格模型為信號采集提供了可靠基礎。相關系數(shù)法能有效提取信號的相似性特征，而相位分析則增強了對微小缺陷的敏感度。結合空間映射技術，本發(fā)明能夠生成高分辨率的缺陷檢測圖像，為界面完整性評估提供了強有力的工具。

技術特征：

1.一種超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，其特征在于，該方法的步驟包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，其特征在于，所述構建多層結構界面，其具體以第一固定材料作為上層傳播介質(zhì)，以第二固定材料作為下層傳播介質(zhì)，同時根據(jù)上層傳播介質(zhì)及下層傳播介質(zhì)選取空氣層作為分層缺陷，以構成所述多層結構界面。

3.根據(jù)權利要求2所述的超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，其特征在于，所述對每個網(wǎng)格點進行激勵信號配置，并選取特定角度對每個網(wǎng)格點進行超聲波激發(fā)及接收，其具體為：

4.根據(jù)權利要求3所述的超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，其特征在于，所述獲取每個采集點的原始回波信號，匯總形成原始回波信號集后，還包括預處理過程，其具體為：

5.根據(jù)權利要求4所述的超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，其特征在于，所述對原始回波信號集進行信號分析及基準確定，其中，對原始回波信號集進行信號分析，其具體過程為：

6.根據(jù)權利要求5所述的超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，其特征在于，對原始回波信號集進行基準確定，其具體過程為：

7.根據(jù)權利要求6所述的超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，其特征在于，所述計算窗口內(nèi)信號與基準信號的相關系數(shù)，其具體計算公式為：

8.根據(jù)權利要求7所述的超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，其特征在于，所述將每個采集點的相位特征數(shù)據(jù)映射到多層結構界面網(wǎng)格模型對應的空間位置，還包括應用插值算法、圖像增強、中值濾波及對比度增強進行處理，輸出處理后的多層結構界面分層缺陷檢測圖像。

技術總結
本發(fā)明涉及多層復合材料缺陷檢測技術領域，具體涉及一種超高分辨率的多層結構界面分層超聲檢測方法，包括：構建多層結構界面及其網(wǎng)格模型，將每個網(wǎng)格點設為采集點，通過配置激勵信號，獲取每個采集點的原始回波信號，并確定基準信號和平移窗口參數(shù)，在每個采集點的原始回波信號上應用移動平移窗口，計算窗口內(nèi)信號與基準信號的相關系數(shù)，得到相關系數(shù)與平移距離的關系，分別對每個采集點的相關系數(shù)與平移距離進行分析，結合分析結果提取每個采集點的相位特征數(shù)據(jù)，將相位特征數(shù)據(jù)映射到網(wǎng)格模型的相應空間位置，生成多層結構界面的分層缺陷檢測圖像。本發(fā)明通過綜合利用信號處理和空間映射技術，實現(xiàn)了多層結構界面分層缺陷的高精度檢測。

技術研發(fā)人員：孫臣臣,邢占強,計煒梁,孫翔宇,周泉豐
受保護的技術使用者：中國工程物理研究院電子工程研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19