[发明专利]柱面聚焦楔块的超声衍射时差法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波检测领域。

背景技术

超声衍射时差法在厚壁焊缝检测中得到了广泛的应用。由于衍射时差法基于接收缺陷端部弱衍射波实施测量，因此检测设备需在相对高的增益条件下工作。高增益工作状态会给回波信号带来系统噪声干扰，如电噪声。同时，焊缝区各向异性的组织结构也会带来更强的结构噪声，这都增加了缺陷识别的难度。另外，通过单纯增加超声脉冲发射功率的高增益工作状态会导致距离分辨率的下降。上述问题是常规衍射时差法存在的技术弊端之一，很大程度上限制了该方法的推广使用。解决噪声问题，可以利用成熟的硬件滤波技术.但当噪声频谱和信号频谱重叠，或噪声幅度接近或大于信号幅度时，硬件滤波有可能使信号失真严重。相关研究表明，可以通过基于软件滤波的信号处理方法来抑制噪声并能更为有效地提高缺陷信号的辨识能力[刚铁，迟大钊，盛朝阳.超声检测信号中复杂成份噪声的抑制方法：中国，200710072506.3]。提高超声回波能量水平可以采用聚焦探头。例如，点聚焦探头采用球面晶片汇聚声场，能有效克服声能量发散，点聚焦探头在超声无损检测中得到了广泛的使用。点聚焦探头对于需逐点栅格式扫查的被检测对象是有益的，但由于其声场分布呈锥形，无法满足超声衍射时差法检测方式在被检测工件深度方向大范围覆盖的需求。

现有衍射时差法检测存在缺陷衍射信号能量水平低、检测灵敏度有待提升的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有衍射时差法检测存在缺陷衍射信号能量水平低、检测灵敏度有待提升的问题，提供柱面聚焦楔块的超声衍射时差法。

柱面聚焦楔块的超声衍射时差法，它包括具体步骤如下：

步骤一、确定已知条件：探头晶片直径、楔块纵波声速、被检测工件纵波声速、水中纵波声速；

步骤二、设定所需条件：主轴声束水程、被检测工件中纵波折射角度、主轴声束在工件中的聚焦垂直深度；

步骤三、根据上述条件计算楔块柱面曲率半径：

探头发射声束入射到曲面上的入射角为i₁，经过曲面折射后的折射角为r₁，规定声束在水与被检测板材界面处的折射角度β，入射角等于楔块倾角θ，则根据折射定律有：

sinθ/sinβ＝v_水/v_板材                            (1)

解式(1)得θ的角度；

设主轴声束经由楔块及水耦合层后，聚焦在被检测体厚度深度h处：

PQ=h/cosβPS=PQ×cos(β-θ)---(2)]]>

解式(2)得被检测板材中焦距PS长度；

根据几何光学原理，PS和PR存在着以下关系，

PS/PR＝v_水/v_板材                                   (3)

解式(3)得水中焦距PR长度；

根据折射定律以及几何关系联立得，

解式(4)的i₁角度；

sini₁＝(d/2)/R                                     (5)

解式(5)得楔块曲率半径R；

其中，式(4)，(5)的解法如下：

设若

(d/2)/(OP+PR)＝a

         i₁-r₁＝c                                  (6)