：根據(jù)公式（1)、⑵和（3)，分別計算聚焦點處兩種聚焦方法的聲動能Es、 Ep及相對能量差y;
[0032] 步驟五：對兩種聚焦方式下的的能量ES、EP進(jìn)行成像，對兩種聚焦方式的相對能量 差T進(jìn)行成像，以定位非線性源。
【附圖說明】
[0033] 圖1檢測裝置框圖。
[0034] 圖2非線性超聲陣列成像方法步驟。
[0035] 圖3被測試件。
[0036] 圖4成像坐標(biāo)系。
【具體實施方式】
[0037] 以下利用檢測實驗得到的數(shù)據(jù)，對本發(fā)明方法的有效性進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0038] 采用的試驗系統(tǒng)如圖1所示，實驗中采用的線性陣列相控陣探頭，型號為 5L-32A5，其參數(shù)如表1所示。被測試件如圖4所示，材料為鋼，尺寸為240mmX47mmX25mm， 在其中部有一長20mm線切割缺口，利用疲勞試驗機在線切割頂端處加工一長約9mm的疲勞 裂紋，因此裂紋尖端距離檢測表面20mm。激勵信號中心頻率為5MHz，采樣頻率為16. 6MHz。
[0039] 表1探頭基本參數(shù)
[0040]
[0041] 步驟一：利用超聲相控陣檢測系統(tǒng)采集順序聚焦與并行聚焦方式下的檢測信號；
[0042] (1)將如圖1所示的超聲相控陣檢測系統(tǒng)設(shè)置為全矩陣采集模式，采集被測缺陷 的全矩陣數(shù)據(jù)fkl (t)(k= 1，2, 3-N，1 = 1，2, 3…N)，其中，其中，下標(biāo)k表示陣列換能器中 第k個陣元激勵，1表示陣列換能器中第1個陣元接收；
[0043] (2)將超聲相控陣檢測系統(tǒng)設(shè)置為單點聚焦模式，采集并行聚焦方式下每個聚焦 點的檢測信號hjt) (1 = 1，2, 3…N)。其中，下標(biāo)1表示陣列換能器中第1個陣元接收；
[0044] 步驟二：建立如圖3所示的成像坐標(biāo)系，定義相控陣探頭中每個陣元在坐標(biāo)系中 的位置以及每個成像像素點在坐標(biāo)系中的位置。坐標(biāo)系原點定義在陣元序列的中心，其中 (Xtx,ztx)為激勵陣元的坐標(biāo)，（Xn,Z")為接收陣元的坐標(biāo)，（X，Z)為成像點坐標(biāo)。
[0045] 步驟三：確定接收延時仁=0. 9ms與時域截取窗的寬度T= 200ys，對截取的檢 測信號進(jìn)行傅里葉變換；
[0046] 步驟四：分別計算聚焦點處兩種聚焦方法的聲動能ES、EP及相對能量差Y;
[0047] 步驟五：對兩種聚焦方式下的的能量ES、EP進(jìn)行成像，對兩種聚焦方式的相對能量 差y進(jìn)行成像，以定位非線性源。由圖可知，y值在疲勞裂紋尖端處附近較大，可以確定 疲勞裂紋的位置。
【主權(quán)項】
1. 超聲相控陣檢測系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括計算機（1)、超聲相控陣系統(tǒng)（2)、相 控陣換能器（3)W及待檢測試件（4);其中，超聲相控陣系統(tǒng)（2) -端與計算機連接，另一 端與相控陣換能器連接，相控陣換能器（3)與待檢測試件（4)通過禪合介質(zhì)進(jìn)行禪合；在計 算機的控制下超聲相控陣系統(tǒng)激勵/接收模塊產(chǎn)生激勵信號，通過相控陣換能器激勵出超 聲波信號，沿待測試件傳播，并通過相控陣傳感器接收反射的超聲波信號，然后通過相控陣 系統(tǒng)信號激勵/接收模塊進(jìn)行接收傳輸?shù)接嬎銠C中，通過計算機中相應(yīng)采集軟件即可獲得 檢測的A掃波形；所述的相控陣換能器采用由32個陣元組成的線陣相控陣探頭。2. 依權(quán)利要求1所述的超聲相控陣檢測系統(tǒng)，一種非線性超聲相控陣成像方法，其特 征在于：該方法具體識別步驟如下， 步驟一：利用超聲相控陣檢測系統(tǒng)采集順序聚焦與并行聚焦方式下的檢測信號； (1) 將超聲相控陣檢測系統(tǒng)設(shè)置為全矩陣采集模式，采集被測缺陷的全矩陣數(shù)據(jù) fki(t)化=1，2,3...N，1 = 1，2,3…腳；其中，下標(biāo)k表示陣列換能器中第k個陣元激勵，1 表示陣列換能器中第1個陣元接收； (2) 將超聲相控陣檢測系統(tǒng)設(shè)置為點聚焦模式，采集并行聚焦方式下每個聚焦點的檢 巧。信號Mt) (1 = 1，2, 3…腳；其中，下標(biāo)1表示陣列換能器中第1個陣元接收； 步驟二：建立成像坐標(biāo)系，定義相控陣探頭中每個陣元在坐標(biāo)系中的位置W及每個成 像像素點在坐標(biāo)系中的位置；坐標(biāo)系原點定義在陣元序列的中屯、，其中（XwZj為激勵陣 元的坐標(biāo)，（X",zj為接收陣元的坐標(biāo)，（X，Z)為成像點坐標(biāo)； 步驟=:確定接收延時tf與時域截取窗的寬度T，對截取的檢測信號進(jìn)行傅里葉變換：步驟四：分別計算聚焦點處兩種聚焦方法的聲動能氏、Ep及相對能量差丫； 步驟五：對兩種聚焦方式下的的能量氏、Ep進(jìn)行成像，對兩種聚焦方式的相對能量差r進(jìn)行成像，W定位非線性源； 該方法利用聚焦時刻W后任意瞬時兩種聚焦檢測方法得到的系統(tǒng)總聲能的差值來表 征聚焦點處的相對非線性能量損失；但是測量系統(tǒng)無法直接獲得聚焦點處的超聲場，因此 聚焦點的能量損失必須根據(jù)其后續(xù)特性來推斷出； 在理想擴(kuò)散聲場中，任意位置的聲能密度均勻，且聲能在各個方向傳遞的幾率相等；實 際上，由于超聲波在晶界及試件邊界的多次散射，初始相干激勵在傳播一段時間后可滿足 擴(kuò)散聲場的存在條件；在擴(kuò)散聲場中，任意點的聲能與此時刻系統(tǒng)的總能量成正比；因此， 盡管聚焦點處的相對非線性能量損失僅出現(xiàn)在相干場傳播的子集內(nèi)，但它在擴(kuò)散聲場中是 均勻分布的；因此，在并行聚焦和順序聚焦的擴(kuò)散聲場中，任意位置處的能量差異為聚焦點 處聚焦時刻的能量損失測量提供了一個近似值，相應(yīng)地可用于該點處超聲非線性的表征； 因此，基于并行聚焦和順序聚焦的擴(kuò)散聲場分析，其一定時延下擴(kuò)散場的聲動能差可用于 聚焦點處聲能損失的表征； 由于擴(kuò)散聲場僅是統(tǒng)計意義上的靜態(tài)，因此，利用一定時間窗口內(nèi)巧）的積分來 表示其能量值，其中tf為信號的接收延時時間，T為時間窗寬；隨著時間的增加，聲場將收 斂于擴(kuò)散狀態(tài)；但是，由于超聲波傳播的耗散性，信噪比會隨著時間的增加而降低；同時， 由于順序激勵時檢測信號的幅值較低，其受非相干噪聲的影響更大，導(dǎo)致兩種聚焦方式下 擴(kuò)散聲場能量比較的有效性隨數(shù)據(jù)采集時延的增加而降低；因此，在使接收信號幅值最大 和擴(kuò)散聲場收斂的情況下，應(yīng)折中地選擇接收信號的時延； 對于N個陣元組成的陣列，順序聚焦檢測中聚焦點處的擴(kuò)散聲動能與護(hù))可表示為：其中（《1，《2)為基波頻帶范圍，A(巧是聚焦在r處時激勵陣元k上施加的時延； 類似地，并行激勵下聲動能與。護(hù))可W表示為：利用順序激勵和并行激勵下歸一化的能量差，非線性效應(yīng)導(dǎo)致的激勵帶寬內(nèi)（基波） 的相對能量損失可表示為：根據(jù)非線性超聲相控陣成像結(jié)果六^可^確定非線性源的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種非線性超聲相控陣成像方法，其特征在于：實驗中采用 的線性陣列相控陣探頭，型號為化-32A5,其參數(shù)如表1所示；被測試件的材料為鋼，尺寸為 240mmX47mmX25mm，在其中部有一長20mm線切割缺口，利用疲勞試驗機在線切割頂端處 加工約9mm的疲巧裂紋，因此裂紋尖細(xì)}距罔檢測表面20mm;激勵f目號中心頻率為5MHz, 采樣頻率為16.6MHz; 表1探頭基本參數(shù)步驟一：利用超聲相控陣檢測系統(tǒng)采集順序聚焦與并行聚焦方式下的檢測信號； (1) 將超聲相控陣檢測系統(tǒng)設(shè)置為全矩陣采集模式，采集被測缺陷的全矩陣數(shù)據(jù) fki(t)(k= 1，2,3...N，1 = 1，2,3...腳，其中，下標(biāo)k表示陣列換能器中第k個陣元激勵，1 表示陣列換能器中第1個陣元接收； (2) 將超聲相控陣檢測系統(tǒng)設(shè)置為單點聚焦模式，采集并行聚焦方式下每個聚焦點的 檢測信號hi(t) (1 = 1，2, 3…腳；其中，下標(biāo)1表示陣列換能器中第1個陣元接收； 步驟二：建立成像坐標(biāo)系，定義相控陣探頭中每個陣元在坐標(biāo)系中的位置W及每個成 像像素點在坐標(biāo)系中的位置；坐標(biāo)系原點定義在陣元序列的中屯、，其中（XwZj為激勵陣 元的坐標(biāo)，（x",Z")為接收陣元的坐標(biāo)，（X，Z)為成像點坐標(biāo)； 步驟S:確定接收延時tf=0. 9ms與時域截取窗的寬度T= 200yS，對截取的檢測信 號進(jìn)行傅里葉變換； 步驟四：分別計算聚焦點處兩種聚焦方法的聲動能氏、Ep及相對能量差丫； 步驟五：對兩種聚焦方式下的的能量氏、Ep進(jìn)行成像，對兩種聚焦方式的相對能量差r進(jìn)行成像，W定位非線性源；由圖可知，丫值在疲勞裂紋尖端處附近較大，可W確定疲勞裂 紋的位置。
【專利摘要】一種用于微裂紋檢測的非線性超聲相控陣成像方法，本方法利用超聲相控陣檢測系統(tǒng)，采集微缺陷在順序聚焦與并行聚焦方式下的檢測信號，首先確定合適的接收延時tr與時域截取窗的寬度T，對截取的檢測信號進(jìn)行傅里葉變換；再分別計算順序聚焦與并行聚焦方法的聲動能Es、Ep及兩種聚焦方式的相對能量差γ；最后根據(jù)γ確定非線性源的位置，即微缺陷的位置。
【IPC分類】G01N29/06
【公開號】CN105004792
【申請?zhí)枴緾N201510429022
【發(fā)明人】焦敬品, 馬婷, 楊素方, 何存富, 吳斌
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月20日