[发明专利]一种基于复合模式全聚焦的裂纹形貌重建方法

权利要求书

1.一种基于复合模式全聚焦的裂纹形貌重建方法，其特征在于：该方法采用由相控阵超声检测仪、相控阵超声探头和倾斜楔块构成的检测系统，采集包括21种模式波的A扫描信号矩阵；基于费马定理，计算21种模式波在楔块与被检试块界面处的折射点位置，得到被检区域内每种模式波的幅值信号；针对每一个重建点，从上述21种模式波中选择能量最强信号；最后，通过复合叠加实现不同取向裂纹的形貌重建；所述方法采用下列步骤：

(a)相控阵超声检测参数选择

根据被检试块的材料、形状和尺寸信息选取相控阵超声检测参数，参数包括相控阵超声探头频率、阵元数量以及楔块型号；

(b)A扫描信号矩阵采集

基于选定的相控阵超声检测参数，利用相控阵超声检测仪全矩阵捕捉功能一次采集包括不同模式波的A扫描信号矩阵，并以txt格式保存；对于一个阵元数为n的相控阵探头，A扫描信号数量为n²；

(c)坐标系建立及图像重建区域网格划分

以楔块和被检试块界面为x轴，探头第一阵元中心位置到x轴的投影点为坐标原点，楔块前沿方向为x轴正向，试块深度方向为y轴正向建立坐标系，将被检区域划分成M×N个矩形网格，网格节点即为各图像重建点；

(d)模式波种类确定

根据声束传播路径不同，分为三类模式：直接模式中声束由阵元发射，与裂纹作用后直接返回阵元；半跨模式中声束由阵元发射经试块底部反射后，与裂纹作用并直接返回阵元；全跨模式中声束由阵元发射，经试块底部反射与裂纹作用后，又经底部反射返回至阵元；超声波在楔块与被检试块界面、试块底部和裂纹表面发生波型转换，故三类模式共分为21种波型组合；

(e)折射点位置求解

第p种模式波发射和接收时，在楔块和被检试块界面处的折射点横坐标分别为x_pi与x_pj，根据费马定理利用式(1)求出：

式中，1≤p≤21，t_pi表示第i个阵元激励声束传播到重建点所用时间，t_pj表示重建点散射回波到达第j个阵元所用时间；根据声束传播路径与波型，求得t_pi与t_pj；

(f)复合模式全聚焦图像重建

对于每一个图像重建点(a,b)，其中1≤a≤M，1≤b≤N，在第i个阵元发射，第j个阵元接收的信号A_ij中筛选21种模式波中能量最强信号，得到该点对应幅值I_ij(a,b):

式中，t_p(a,b)为第p种模式波在点(a,b)处的传播时间；

重复以上步骤对被检区域逐点进行复合叠加，得到复合模式全聚焦重建图像，图像中点(a,b)的复合叠加幅值I(a,b)为：

(g)裂纹定量、定位和定取向

依据复合模式全聚焦成像结果，读取成像区域内的峰值坐标点，利用-6dB法即获得不同取向裂纹的深度、尺寸与倾斜角度。