[发明专利]基于阵列超声信号幅值和相位特征加权的缺陷定性检测方法

说明书

一种基于阵列超声信号幅值和相位特征加权的缺陷定性检测方法，其属于无损检测技术领域。该方法采用相控阵超声检测仪、相控阵超声探头和楔块构成的检测系统，采集包括直接、半跨和全跨模式在内的21种模式波的全矩阵数据；针对待检测区域的每个重建点，同时考虑阵列超声信号中各模式波的幅值和相位特征，分别对21种模式波实施延时叠加处理并筛选最强能量；在此基础上，提取相位信息进行加权成像，给出待测缺陷轮廓特征，从而实现弹性各向异性与各向同性材料中缺陷的定性辨识。该方法可对未知的面积型缺陷和体积型缺陷进行轮廓重建，缺陷判读直观，且定性和定量检测结果准确，具有较广阔工程应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于阵列超声信号幅值和相位特征加权的缺陷定性检测方法，其属于无损检测技术领域。

背景技术

缺陷定性检测是无损检测领域的关注重点。对于表面缺陷，可采用目视检测或渗透检测区分类型；对于内部缺陷，可采用射线检测或超声检测。射线检测能够直观呈现缺陷形态特征，但无法给出缺陷深度信息，且在厚壁结构检测时受限。与之相比，超声检测具有较高的检测灵敏度和穿透力，适用范围广，在识别缺陷性质信息的同时，实现缺陷精准定量和定位。

常规超声检测主要依据A扫描信号的波形和幅值等信息综合判断缺陷性质，受耦合状况、人因因素，以及材料引起的结构噪声影响较大(郑中兴等.第三专题超声检测中缺陷的定性.无损检测.1994,16(1):24-27)。随后，相控阵超声检测技术得到发展，根据扫查图像中缺陷上下端点信号幅值比与缺陷宽高比的定量关系，可以判断缺陷趋近于面积型缺陷或是体积型缺陷(Nardoni G,et al.Experimental determination of discriminationcriteria between volumetric and planar defects by means of ultrasonic pulse-echo/phased array technique based on the ratio of diffracted echoes inwelding examination.Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring2012,54(4):221-224)。然而，相控阵超声检测往往仅能给出面积型缺陷端点信息，容易将其误判为多个体积型缺陷。在此基础上，多种信号后处理方法得到发展，通过呈现面积型缺陷轮廓特征，以准确判定缺陷类型。其中，逆时偏移方法对体积型和面积型缺陷均有较好重建效果，但成像效果易受噪声影响，且计算效率较低(徐琰锋等.纵向带状裂隙形貌的逆时偏移超声成像.物理学报.2014,63(15):239-246)。全聚焦方法可以表征取向与主声束方向接近垂直的面积型缺陷轮廓特征。考虑到面积型缺陷的取向变化，可应用多模式全聚焦方法，利用不同声束路径下的模式波进行缺陷轮廓重建和定性区分，但模式波选取要依赖一定的缺陷先验信息(JinS J,et al.Comparison of morphology characterization forregular cracks with multi-mode total focusing method.Far East NDT NewTechnologyApplication Forum 2019.Qingdao,China)。为解决该问题，全模式全聚焦方法通过逐点选择包括3种直接、8种半跨和10种全跨模式在内的21种模式波中的能量最强信号，延时叠加实现不同取向裂纹的轮廓重建(金士杰等.基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测.仪器仪表学报.2021,42(1):183-190)。需要指出的是，该方法仅利用了阵列超声信号的幅值特征，导致适用性受材料限制，难以实现弹性各向异性材料中缺陷的定性检测。

发明内容

本发明提供一种基于阵列超声信号幅值和相位特征加权的缺陷定性检测方法，其目的是针对弹性各向异性材料中缺陷定性检测困难的问题，利用相控阵超声检测仪采集全矩阵数据并同时提取阵列信号的幅值和相位特征，对被检区域每点实施模式选取、延时叠加和加权成像，实现体积型和面积型缺陷的定性区分。