[发明专利]双跨孔距兰姆波层析重建系统的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双跨孔距兰姆波层析重建系统的检测方法，属于超声波无损检测领域。适用于航空航天、桥梁、输油管道、大型化工储罐的大型装备中，薄板结构的无损检测。

背景技术

薄板结构在大型化工容器、航空航天、轨道、桥梁建筑、水坝、电力设备、输油管道中被广泛使用。薄板结构在加工时常会引入缺陷，如分层、夹杂、孔形缺陷、裂纹缺陷，都会对设备的安全使用构成威胁。同时在使用过程中外部加载以及使用环境的变化，都能引起内部细小缺陷源的扩展，进而造成疲劳破坏，因此，迫切需要对它进行无损检测，以避免事故的发生。

超声无损检测技术的检测能力强，设备简单轻便，对构建及周围环境无污染和危害，使其在无损检测中应用得非常广泛。常用的超声无损检测是纵波和横波检测，但当超声波在薄板特别是厚度在2mm以下的薄板里面传播时，形成了一种新的干涉叠加的超声波形式，即兰姆波。兰姆波具有传播距离长、多模式和频散等特性，与常规超声的逐点扫查不同，兰姆波可在结构的一点发射，另一点接收，可扫查一条线上的信息。若对感兴趣的检测区域沿不同方向进行类似的扫描，得到多源发射-多源接收的兰姆波信息。兰姆波的传播速度的大小是依赖于介质的厚度变化，因此，利用兰姆波某个模式下的走时数据采用计算机层析成像技术就可以反演出该介质的厚度变化分布图，从而获得缺陷区域的图像。

计算机层析成像技术( computed tomography, 简称CT)是利用从不同角度获得的投影数据，以无损的方式重建出物体内部结构图像的一项技术。兰姆波层析成像技术，能够对薄板结构定量地探测到损伤或缺陷的类型、尺寸、位置、形状、取向，利用这些信息不仅能够随时检测设备的健康状况，而且根据断裂力学理论和损伤容限设计，对设备构件的状态、能否继续使用做出评估和判断，及早对存在的安全隐患做出预防和处理措施。

兰姆波层析成像方法根据发射点和接收点的布置方式分有平行投影层析成像、扇束投影层析成像和跨孔层析成像。前两者从医学CT中发展过来，常用基于Radon理论的解析算法，但要求射源绕固定中心旋转。对于平行束投影，设备的实现比较困难；对于扇束投影，由于重建区域不是在射源区域内紧支撑的，投影数据存在截断，很难获得精确的重建结果。后者是从地震CT中发展过来，因其结构不满足Radon变换需要的数学模型常用迭代算法。

经对现有技术的文献检索发现，Eugene等人在Journal of the Acoustical Society of America上发表的论文Fan beam and double crosshole Lamb wave tomography for mapping flaws in aging aircraft structures，研究了采用迭代方法对换能器扇束和双跨孔距排列的兰姆波层析重建，该方法可定量检测飞行器的缺陷。国内也有高校开展兰姆波的研究。经过对国内相关专利检索，申请号为200810240571.7的发明专利申请公开适合钢质储罐底板的导波在线检测方法（公开日2010-06-30），该方法虽然用滤波反投影算法对兰姆波数据采进行重建，但因采用平行投影数据方式，图像的重建质量受限于数据采集时间和设备成本。

因此，目前基于兰姆波薄板结构的层析重建方法常采用扇束和双跨孔距结构利用迭代算法进行重建。相对解析重建算法，迭代重建算法属于近似重建算法，具有易于处理投影数据截断，适合非圆扫描轨迹的层析重建，可引入物体先验信息的优点。其缺点是重建速度慢，易收敛于离初始值最近的解。此外，迭代算法属于前驱动模型，即重建图像需要沿射线方向进行权重采样。对于双跨孔距结构，从每个换能器发出的射线呈扇束状，相对重建图像的分辨率，对扇束状的射束进行权重采样存在过采样和欠采样的问题，在重建过程中需要沿射线方向进行变分辨率的重采样，否则重建图像将出现伪象。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种双跨孔距兰姆波层析重建系统的检测方法，其特点是将双跨孔距采集到的投影数据重排为平行束，利用解析重建算法进行重建。避免了双跨孔距迭代方法分辨率低，重建精度不高的缺点，同时也避免了扇束投影层析重建方法数据截断，提高了重建图像精度，为薄板结构的检测提供方法支撑。

本发明的目的由以下技术措施实现：