一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统

本技术涉及无损超声检测，具体涉及一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统。

背景技术：

1、板中超声导波主要有兰姆(lamb)波、垂直剪切(shear vertical,sv)波、水平剪切(shear horizontal,sh)导波等，其中超声sh导波特别是在焊接板结构中传播时，具有波形模态单一、频散特性简单、传播距离远等优点，故而超声sh导波更有利于在焊接板结构中进行成像检测。相关研究也较为深入，如板中超声sh导波在传播中与层状半空间界面裂纹、结构环形通孔损伤、板中平行裂缝、焊缝结构、板材边界、多层周期结构缺陷的散射作用规律得到深入研究、揭示，为超声sh导波用于板结构检测研究与应用提供了重要基础。利用压电超声sh导波换能器可对板中和管中焊缝缺陷进行检测，可以较好发挥sh导波的优势。

2、近年来，国内外利用背衬层、匹配层和压电振子来改善压电换能器的带宽和分辨率的研究较为广泛。南加州大学的qifa zhou等人从压电振子的制作工艺、制作材料以及背衬层和匹配层多方面着手，制作出了中心频率70mhz，带宽可以达到50％的高频宽带超声换能器。钢铁等将saft技术应用于检测焊缝缺陷，通过建立图像saft处理的数学模型，实现b扫图的saft重建，结果表明该种方法能够快速对焊缝缺陷进行精准定位与定量。李运才等将相控阵对波束的控制能力与saft技术能够逐点成像的聚焦能力结合起来并引入波达窗函数与辐射远场近似窗函数作为优化因子对算法进行优化以提高成像质量。最后在圆通孔上进行的仿真和试验验证均表明该种方法可以有效抑制旁瓣，在成像效果上表现为提高了成像的成像精度与缺陷检出率。杨敬等针对在焊接热循环作用下，奥氏体不锈钢焊缝内部呈粗大柱状晶组织，且其取向在焊缝不同区域呈各向异性.针对粗大柱状晶引起的超声波散射和晶粒取向不同导致的声束偏折等问题，对获得超声阵列全矩阵数据，发展了一种基于时间反转算子分解的超声阵列信号去噪方法。以上学者对超声导波成像相关领域进行了卓有成效的研究，可对于超声sh导波阵列多帧成像机理研究与揭示甚少，本专利申请拟针对焊接薄板超声导波弧形稀疏阵列多帧成像检测进行研究。致力于设计一款用于焊接薄板超声导波弧形稀疏阵列多帧成像检测系统。

技术实现思路

1、针对上述问题，本申请提出了一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统，在该系统中弧形稀疏阵列为不规则阵列，是由规则的弧形阵列做径向移动后形成的，对弧形稀疏阵列进行成像检测，可以清楚的看到各个人工缺陷，对实际应用有巨大的帮助。

2、本实用新型采用的技术方案是：

3、一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统，包括成像计算机、脉冲信号发射/接收器、阵列阵元和钢板样品，阵列阵元包括若干个超声导波换能器，并以超声导波换能器作为阵元在钢板样品表面以稀疏曲线轨迹分布，且若干个超声导波换能器通过多通道脉冲信号发射/接收器与成像计算机相连，成像计算机用于处理接收的信号，并保存处理数据以及对其进行成像。

4、进一步地，阵元个数为14，且相邻阵元之间的中心夹角为2.0°。

5、更进一步地，弧形稀疏阵列的弧形半径为1542mm。

6、更进一步地，钢板样品上还设置有焊缝和人工缺陷组，人工缺陷组和弧形稀疏阵列位于焊缝的两侧。

7、更进一步地，人工缺陷组包括人工缺陷a、人工缺陷b、人工缺陷c、人工缺陷d、人工缺陷e，弧形稀疏阵列自然焦点在人工缺陷e处。

8、更进一步地，人工缺陷a、人工缺陷b、人工缺陷c、人工缺陷d、人工缺陷e的分别是直径为5mm、8mm、10mm、12mm、8mm的通孔。

9、本实用新型的有益效果：

10、在板中超声导波合成孔径阵列成像检测时，弧形阵列和直线阵列可以看作是规则的线弧类阵列。当将规则阵列的部分阵元变换位置，在弧形阵列的基础上做径向、或横向平移，呈现稀疏分布，形成弧形稀疏阵列。弧形稀疏阵列相对于规则的弧形阵列来说，布阵灵活，具有更好的工程检测适应性。故提出将弧形稀疏阵列多帧满秩成像用于焊接结构成像检测，运用波幅矩阵和渡时矩阵对阵列接收孔径进行分析，探讨超声sh导波焊缝散射条件下超声导波弧形稀疏阵列多帧满秩成像机理。由于弧形稀疏阵列不同于弧形阵列那么规则，在实际的工程问题中，弧形稀疏阵列比弧形阵列应用更广泛。

11、本实用新型将超声sh导波弧形稀疏阵列多帧满秩成像用于焊接结构钢板检测形成板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧满秩成像检测系统，弧形稀疏阵列为不规则阵列，是由规则的弧形阵列做径向移动后形成的，对弧形稀疏阵列进行成像检测，可以清楚的看到各个人工缺陷，对实际应用有巨大的帮助。

技术特征：

1.一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统，其特征在于，包括成像计算机、脉冲信号发射/接收器、阵列阵元和钢板样品，阵列阵元包括若干个超声导波换能器，并以超声导波换能器作为阵元在钢板样品表面以稀疏曲线轨迹分布，且若干个超声导波换能器通过多通道脉冲信号发射/接收器与成像计算机相连，成像计算机用于处理接收的信号，并保存处理数据以及对其进行成像。

2.根据权利要求1所述的一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统，其特征在于，阵元个数为14，且相邻阵元之间的中心夹角为2.0°。

3.根据权利要求2所述的一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统，其特征在于，弧形稀疏阵列的弧形半径为1542mm。

4.根据权利要求1所述的一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统，其特征在于，钢板样品上还设置有焊缝和人工缺陷组，人工缺陷组和弧形稀疏阵列位于焊缝的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统，其特征在于，人工缺陷组包括人工缺陷a、人工缺陷b、人工缺陷c、人工缺陷d、人工缺陷e，弧形稀疏阵列自然焦点在人工缺陷e处。

6.根据权利要求5所述的一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统，其特征在于，人工缺陷a、人工缺陷b、人工缺陷c、人工缺陷d、人工缺陷e的分别是直径为5mm、8mm、10mm、12mm、8mm的通孔。

技术总结本技术将超声SH导波弧形稀疏阵列多帧满秩成像用于焊接结构钢板检测，弧形稀疏阵列为不规则阵列，是由规则的弧形阵列做径向移动后形成的，基于此公开了一种板中超声导波合成孔径弧形稀疏阵列多帧成像检测系统，包括成像计算机、弧形稀疏阵列和钢板样品，弧形稀疏阵列由若干个超声导波换能器构成，并以超声导波换能器作为阵元在钢板样品表面以稀疏曲线轨迹分布，且若干个超声导波换能器通过多通道脉冲信号发射/接收器与成像计算机相连，成像计算机用于处理接收的信号，并保存处理数据以及对其进行成像。利用本新型对弧形稀疏阵列进行成像检测，可以清楚的看到各个人工缺陷，对实际应用有巨大的帮助。技术研发人员：朱新杰,姚森,张洁,周小贤,马东翰,张同同受保护的技术使用者：北方民族大学技术研发日：20231123技术公布日：2024/7/9