一种适用于倾斜裂纹定量和成像的超声相对时间传播技术的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于倾斜裂纹定量和成像的超声相对时间传播技术，解决传统 相对时间传播技术难以对倾斜裂纹进行直观成像和精确定量、定位的问题，涉及超声无损 检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 裂纹是材料与结构中最常见、危害性最大的缺陷类型之一。正确判断裂纹的长度、 取向和位置等缺陷特征，对工件的安全性评价具有十分重要的意义。作为一种超声无损检 测方法，传统相对传播时间技术（relative arrival time technique，RATT)以其准确、优 异的垂直裂纹定量能力，在缺陷无损检测与评价领域内得到了广泛应用。
[0003] 然而，如公式（1)所示的传统RATT裂纹长度数学表达式中，通常假设裂纹取向垂 直于被检工件底面，忽略了裂纹取向对定量结果的影响。然而实际工件中裂纹取向并非一 定垂直于工件底面，对于倾斜裂纹，B扫描图像中上尖端和下尖端衍射回波的相对位置会随 裂纹取向的变化而改变，进而引起两个回波之间时间差的改变，导致公式（1)中出现计算 误差，影响裂纹的定量精度。尽管R. Hoseini等人根据上、下尖端衍射回波之间的相对位置 修正了裂纹长度的数学表达式，一定程度上提高了倾斜裂纹的定量精度，但是，受B扫描成 像限制，这种改进的RATT仍然无法对倾斜裂纹进行直观成像，而且定量误差相对较高，还 无法对取向平行于声波入射方向（Y =_0)的裂纹进行定量。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种适用于倾斜裂纹定量和成像的超声相对时间传播技 术，解决传统相对时间传播技术难以对倾斜裂纹进行直观成像和精确定量、定位的问题。具 有良好的推广及应用前景。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种适用于倾斜裂纹定量和成像的超声相对时间传播 技术，包括如下步骤：
[0006] (1)在时域有限差分超声数值仿真平台中建立被检工件的二维截面模型，并在模 型中设置裂纹的长度、宽度、倾角和位置；
[0007] (2)依据实际相控阵线阵探头的阵元数、阵元尺寸、中心间距和时域脉冲信号参 数，在模型中设置一个阵元数为N的探头；
[0008] (3)根据相控阵全捕捉信号采集，按照1~N号顺序逐次激发阵元，每次激发后，裂 纹的声波反射信号被全部N个阵元接收，最终，形成N个A扫描信号，并存储于N个TXT文 件中，这样，N个阵元逐次激发后，共计形成N2个代表A扫描信号的TXT文件；
[0009] (4)利用MATLAB软件读取N2个TXT文件，将文件中的N2个A扫描信号保存在FMC 矩阵H中，并利用基于全聚焦算法的程序对H进行图像重建，得到裂纹的TFM图像；
[0010] (5)获得TFM图像后，利用MATLAB软件在图像中分别找出裂纹上、下尖端回波中幅 值最大的坐标点（XK，z K)和（xD，zD);
[0011] (6)确定（xK，zK)和（xD，z D)后，根据两点间距离公式"二#~-X。)2 + (zs -z。)2以 及两点确定的线段与法线之间的两直线夹角公5
【主权项】
1. 一种适用于倾斜裂纹定量和成像的超声相对时间传播技术，其特征是：包括如下步 骤： (1) 在时域有限差分超声数值仿真平台中建立被检工件的二维截面模型，并在模型中 设置裂纹的长度、宽度、倾角和位置； (2) 依据实际相控阵线阵探头的阵元数、阵元尺寸、中心间距和时域脉冲信号参数，在 模型中设置一个阵元数为N的探头； (3) 根据相控阵全捕捉信号采集，按照1~N号顺序逐次激发阵元，每次激发后，裂纹的 声波反射信号被全部N个阵元接收，最终，形成N个A扫描信号，并存储于N个TXT文件中， 这样，N个阵元逐次激发后，共计形成N2个代表A扫描信号的TXT文件； (4) 利用MATLAB软件读取N2个TXT文件，将文件中的N2个A扫描信号保存在FMC矩 阵H中，并利用基于全聚焦算法的程序对H进行图像重建，得到裂纹的TFM图像； (5) 获得TFM图像后，利用MATLAB软件在图像中分别找出裂纹上、下尖端回波中幅值最 大的坐标点（XK，zK)和（xD，zD); (6) 确定（xK，zK)和（xD，zD)后，根据两点间距离公式
又及两 点确定的线段与法线之间的两直线夹角公式Z= 计算出裂纹的长度S和 倾角Y，最终实现裂纹的定量，同时，利用全聚焦图像中裂纹的上、下坐标点位置实现对裂 纹的精确定位。
【专利摘要】一种适用于倾斜裂纹定量和成像的超声相对时间传播技术，属于超声无损检测技术领域。这种传播技术在二维截面模型中设置裂纹的长度、宽度、倾角和位置，用相控阵线阵探头的信号参数，在模型中设置一个阵元数为N的探头，根据相控阵全捕捉信号采集，形成N2个代表A扫描信号的TXT文件，利用软件读取TXT文件，得到裂纹的TFM图像，再利用MATLAB软件在图像中找出裂纹上尖端坐标点(xR，zR)和下尖端的坐标点(xD，zD)，计算出裂纹的长度δ和倾角γ。该传播技术解决了传统相对时间传播技术倾斜裂纹定量精度差、无法测量裂纹倾角的问题。此外，该传播技术还能对裂纹进行直观成像，并能够对裂纹进行准确定位。为进一步提高工件中裂纹的定量精度提供解决方法，具有良好的推广及应用前景。
【IPC分类】G01N29-44, G01N29-07, G01N29-06
【公开号】CN104698089
【申请号】CN201510125920
【发明人】雷明凯, 赵天伟, 陈尧, 张东辉, 林莉, 杨会敏, 罗忠兵, 严宇, 周全, 刘丽丽
【申请人】大连理工大学, 中国核工业二三建设有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月20日