科创中国
基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测技术
成果类型：: 新技术
发布时间: 2022-08-03 14:32:50
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”智能技术体系化应用专业科技服务团| 毕光元 | 2022-11-08 09:47:51
在相控阵超声检测时，由于被检测材料的实际声速与假定声速存在偏差，或被检测材料存在粗晶、各向异性、非均匀等情况导致超声信号传播时声束的非均匀性，都会引起超声信号传播过程中相控阵超声合成信号的畸变，从而导致缺陷检测时声束聚焦和声束合成的困难，严重影响了相控阵超声成像的空间分辨率和对比度。
本项目提出的相控阵超声检测技术不但应用于仅存在一个缺陷的被检测工件的检测，还应用于存在两个以上缺陷的被检测工件的检测。其优点在于：
（1）该技术将超声回波信号准确聚焦到缺陷位置，可以解决当缺陷反射回波信号的信噪比过低时所造成的缺陷识别困难的问题；
（2）该技术可以有效解决由于被检工件的材料不均匀导致理想焦点与实际焦点存在偏差的问题，对于分层介质和各向异性介质的相控阵超声检测，可以有效提高检测分辨率；
（3）该技术可以减少相控阵探伤仪等硬件系统误差所引起的超声成像结果模糊、畸变等问题，提高相控阵超声成像质量。
本项目属于无损检测技术领域，具体为一种基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测技术，包括相控阵超声发射和接收步骤、缺陷判别步骤、延迟时间计算步骤、回波信号后处理步骤以及B型图重构步骤共五个步骤。相控阵超声检测技术是通过电子方式控制换能器阵列中各阵元，按照一定的延迟时间，规则地发射和接收超声波，从而控制超声波束在被检工件中偏转和聚焦，来实现对材料的无损检测，其包括相控阵超声发射和接收两部分。相控阵超声发射的工作原理基于惠更斯-菲涅尔原理，当各阵元被同频率的脉冲激励时，所发射的超声波将发生干涉形成合成波阵面，从而在空间中形成稳定的超声场；如果改变各阵元的激励脉冲时间，使它们按照一定的延迟时间发射，则根据惠更斯原理，所发射的超声波会在空间叠加合成新的波阵面，从而实现声束偏转或聚焦等特性。根据互易原理，相控阵接收时也是用延迟的方法来达到的，按照回波到达各阵元的时间差对各阵元接收信息进行延时补偿，然后叠加起来，从而获得某目标方向上的反射回波；同时，通过各阵元的相位、幅值控制以及声束形成等方法，可形成动态聚焦、变孔径、变迹等多种相控效果。
本发明属于无损检测技术领域,具体为一种基于改进的动态深度聚焦的相控阵超声检测方法,该方法包括相控阵超声发射和接收步骤,缺陷判别步骤,延迟时间计算步骤,回波信号后处理步骤以及B型图重构步骤共五个步骤.本发明将超声回波信号准确聚焦到缺陷位置,可以解决当缺陷反射回波信号的信噪比过低时所造成的缺陷识别困难的问题;本发明可以有效解决由于被检工件的材料不均匀导致理想焦点与实际焦点存在偏差的问题,对于分层介质和各向异性介质的相控阵超声检测,可以有效提高检测分辨率;本发明还可以减少相控阵探伤仪等硬件系统误差所引起的超声成像结果模糊,畸变问题,提高相控阵超声成像质量.
北京航空航天大学工研院相关团队，本项目已申请国家发明专利。
超声相控阵通过控制相控阵探头的延迟时间来实现声束偏转、聚焦,从而实现对工件进行快速高效的检测。超声相控阵系统中的关键技术是指通过对发射和接收声束的时间和空间的有效控制,来获得高质量的声束和声场。相控阵数字技术有相位延迟技术、动态聚焦技术、动态变迹技术、动态孔径技术和编码发射技术等研究方向,其中动态聚焦技术是比较重要的一项。动态聚焦技术能够提高焦点的焦区深度,减小焦点宽度,从而提高声束的一致性和空间分辨率,为缺陷的检测提供了更为可靠的依据。
本成果可支持：技术转让，技术咨询，技术合作等合作模式。
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