一列表示对应单个阵元的回波。其 中图7为实验A的成像结果，图8为实验B的成像结果。初步观察可W看出两点；1)实验A 的回波较多；2)实验B的回波包含实验A回波。考虑到两组实验模型的差别，我们还可W 得出如下推论：那些只出现在实验A中的波形必然与界面III401有关。下面将对各波形 的形成原因进行分析。
[0090] 如上节所述，超声脉冲在模块301内发生多次波型变换，但只有其中的部分波能 到达界面I402并被换能器202接收。折射纵波P和折射横波S，在界面II403发生反射， 产生四种波型PP2、PS2、SP2和SS2,该四种反射波都将传播到界面I402并被接收。设该 阵元到界面II403的垂线距离为L，则四次回波时间分别为化/种，L/种+L/cs，L/cs+L/cy 化/cs，中间两次回波的到达时间相同，故从该阵元接收到的回波中应该可W观察到S个回 波信号。图7和图8中的回波图像中编号为1、2、3的S道波形时间与计算吻合。
[0091] 基于W上分析，自检测过程可W采用编号为1、2、3号回波，本专利采用其中的1号 回波进行自检测，也可W考虑利用其他波形，进行自检测，或者联合检测。
[0092] 物理实验研究；
[0093] 为了进一步验证本专利提出的超声相控阵自检测方法的实际效果，本节利用32 通道探伤系统W及斜模块进行了自检测实验，并与理论的加工值进行对比。我们采用的32 通道成像系统除了可灵活设置超声相控阵成像模式，还可W配置成单发单收的测试模式， 用于该方法的自检测功能。
[0094] 实验中，采用中屯、频率为5MHz和2. 5MHz的32阵元线列阵换能器分别对两个尺寸 的模块进行自检测，系统采样频率为50MSPS。我们采用平模块计算得到模块材料的声速为 2330m/s。两个模块的几何参数分别如下表：
[009引表1模块参数
[0096]
[0097] 采用上述方法，测量信号如图9所示，可W清楚地看到从底面返回的纵波和横波， 该里我们利用纵波进行估计。
[0098] 估计过程中的各个阵元延时可W如图10所示，图中星型标记为得到各个阵元的 延时值，其中的线为拟合的曲线，可W看到样点与拟合的曲线的差别非常小。
[0099] 采用上述方法，得到W下测量结果：
[0100] 表2模块标定测量结果
[0101]
[0102]
[0103] 从结果可W看出，所测得结果一致性非常好，与理论的加工值非常近，但是与理论 值稍有差别，但是该方法不依赖任何外在设备，精度能够达到0. 1mm左右，可W作为模块自 检测的有效方法。
[0104] 针对超声相控阵成像检测中，模块尺寸加工不精确或者磨损的问题，本发明提出 了一种超声相控阵模块自检测方法。该方法采用超声相控阵换能器单通道发射和单通道接 收声波，然后利用参数估计的方法得到模块的精确几何参数，最后把得到几何参数输入到 超声相控阵系统中，用于计算相控延时参数。该方法不仅能够模块尺寸加工不精确或磨损 的问题，还能够对模块磨损的寿命进行评估，或用于新安装模块的自动识别等。
[0105] 本领域技术人员应该还可W进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各 示例的单元及算法步骤，能够W电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地 说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及 步骤。该些功能究竟W硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束 条件。本领域技术人员可W对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是 该种实现不应认为超出本发明的范围。
[0106] W上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，W上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明 的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种超声相控阵楔块自检测系统，其特征在于，所述系统包括：超声相控阵换能器 和斜楔块； 所述超声相控阵换能器包括多个阵元，所述各个阵元处于单发单收模式； 所述超声相控阵换能器固定的设置在斜楔块上，斜楔块下表面与被检物体之间存在间 隙；； 所述系统通过检测超声相控阵换能器各个阵元接收的脉冲的返回时间以及斜楔块材 料的声速，估计斜楔块的实际几何参数。2. 根据权利要求1所述的一种超声相控阵楔块自检测系统，其特征在于：所述系统还 包括平楔块； 所述平楔块的材料与斜楔块相同； 所述超声相控阵换能器固定的设置在平楔块上，平楔块下表面与被检物体之间存在间 隙； 所述系统通过检测超声相控阵换能器各个阵元的接收脉冲的返回时间和平楔块的厚 度获得斜楔块材料的声速。3. 根据权利要求2所述的一种超声相控阵楔块自检测系统，其特征在于：所述超声相 控阵换能器与平楔块以及超声相控阵换能器与斜楔块固定连接，所述固定连接的连接面之 间填充耦合液。4. 一种超声相控阵楔块自检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 将超声相控阵换能器固定的设置在斜楔块上，斜楔块下表面与被检物体之间存在间 隙；其中，超声相控阵换能器设置为单发单收模式； 利用超声相控阵换能器接收的信号估计各个阵元声波经斜楔块底面的返回时间； 利用各个阵元发射超声波经斜楔块底面的返回时间和斜楔块材料的声速，对斜楔块的 几何参数进行估计； 利用估计的斜楔块的几何参数，重新修正超声相控阵成像系统中计算聚焦延时时的斜 楔块的几何参数。5. 根据权利要求4所述的一种超声相控阵楔块自检测方法，其特征在于：所述斜楔块 的几何参数包括第一阵元高度的估计、斜楔块角度的估计以及倾斜总偏离的估计中的一个 或多个。6. 根据权利要求5所述的一种超声相控阵楔块自检测方法，其特征在于：所述第一阵 元高度的估计戌为：其中：C^redge为材料的声速，J为二倍的第一阵元高度除以材料声速之商的拟合值。7. 根据权利要求5所述的一种超声相控阵楔块自检测方法，其特征在于：所述斜楔块 角度的估计?为：其中：d为阵元间隔，Cyredge为材料的声速，2为二倍的阵元间隔与斜楔块理论角度的 正弦的乘积再与除以材料声速之商的拟合值。8. 根据权利要求5所述的一种超声相控阵楔块自检测方法，其特征在于：所述倾斜总 偏1? TSS为：其中，tyi为各阵元的理论返回时间，I为各阵元返回时间的估计。9. 根据权利要求4所述的一种超声相控阵楔块自检测方法，其特征在于：所述斜楔块 材料的声速包括如下的步骤获得： 将超声相控阵换能器固定的设置在已知厚度的平楔块上； 将设置了超声相控阵换能器的平楔块设置在被检测物体上；其中，超声相控阵换能器 设置为单发单收模式； 利用收集的信号估计各个阵元发射声波经底面返回的时间； 利用估值时间，并通过平楔块的厚度计算出斜楔块材料的声速。10. 根据权利要求4或9任一项所述的一种超声相控阵楔块自检测方法，其特征在于： 所述估计的方法采用信号的包络峰值作为返回时间的估值，所述信号取包络的方法可以采 用正交解调法或Hilbert法。
【专利摘要】本发明涉及一种超声相控阵楔块自检测系统及其方法，用于解决超声相控阵成像检测中，斜楔块尺寸加工不精确或由于斜楔块在使用的过程中造成的磨损后的尺寸不精确的问题。在本发明的一种超声相控阵楔块自检测系统中包括平楔块、斜楔块和超声相控阵换能器。通过将超声相控阵换能器设置在平楔块上并通过超声相控阵换能器工作时所获得的返回时间估计斜楔块材料的声速。通过将超声相控阵换能器设置在斜楔块上并获得斜楔块的超声波返回时间。通过斜楔块的返回时间和楔块材料的声速，估计斜楔块的几何参数，并重新修正超声相控阵成像系统中计算聚焦延时的斜楔块几何参数。从而在使用超声相控阵成像时，提高设备的检测精度。
【IPC分类】G01B17/00
【公开号】CN104976970
【申请号】CN201510390720
【发明人】吴文涛, 韩晓丽, 张云翼, 曹政, 潘航
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年7月6日