基于动态孔径聚焦的L型构件相控阵超声检测

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1、2015年6月第4l卷第6期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJune2015V01．4lNo．6http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0519基于动态孔径聚焦的L型构件相控阵超声检测徐娜“，何方成1，周正干2(1．中航工业北京航空材料研究院，北京100095；2．北京航空航天大学机械工程及自动化学

2、院，北京100191)摘要：由于L型构件界面形状复杂，当采用基于全矩阵数据的全聚焦方法时，声波在试样中的传播路径十分复杂，增加了试样中超声传播时间的计算难度．为了解决上述问题，提出了一种根据实际被测对象并使用全矩阵数据的动态调整聚焦方案的“动态孔径聚焦方法”；然后，针对L型构件的型面特征，制定了动态孔径聚焦检测方案，并提出了基于Snell定律的声波传播时间计算方法；最后，通过时域有限差分数值仿真方法模拟全矩阵数据，验证了所提出聚焦方法的正确性；定制L型金属试样进行检测实验，检测结果与实际试样参数一

3、致．研究表明：所提出的动态孔径聚焦方法可实现对L型构件的有效检测．关键词：相控阵；超声检测；L型构件；虚拟聚焦；动态孔径中图分类号：V250．2；TB553文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)06—1000-07近20年来，相控阵超声检测技术以其声束灵活可控、检测分辨率和灵敏度高以及检测速度快等显著优势，逐渐在超声检测领域占据了一席之地¨⋯．2004年，英国Bristol大学的Holmes等¨刮提出了一种基于全聚焦方法(TotalFocusingMeth—od，TFM)的相控阵超

4、声虚拟聚焦检测技术，该技术借助计算机强大的运算处理能力，对相控阵超声换能器中各个阵元独立接收的超声回波信号(简称全矩阵数据)进行相位延时、加权合成等数据处理，以模拟声波在成像区域各位置点的虚拟聚焦，从而实现成像检测和缺陷判别．近些年，国外无损检测研究机构对相控阵超声虚拟聚焦检测技术的研究开展了大量工作⋯“，主要集中在基于全矩阵数据的虚拟聚焦算法实现方面．提出的全聚焦方法”1，可获得比常规相控阵超声检测方法更大的检测范围和更高的检测分辨力；提出的向量全聚焦方法(VectorTotalFocusing

5、Method，VTFM)⋯。，可准确检出直径小于半波长的孔型缺陷，对槽型缺陷的角度方向也可准确识别．同时，该技术去除了操作人员繁琐的参数设置和检测工艺制定过程，具有更加显著的应用和发展前途．然而，当采用全聚焦方法对复杂形状界面试样进行成像检测时，由于被测试样界面形状复杂，导致某些阵元发射的超声波会在试样界面处发生波型转换甚至需要多次反射／折射才能传播至被测区域中各聚焦点，明显增大了分析被测试样中超声传播路径的难度，必须准确计算出试样中的超声传播时间，才能获得正确的检测结果．为了解决试样型面对检测结

6、果的影响，提出了一种“动态孔径聚焦方法”，所谓孔径(aperture)是指相控阵换能器中相邻的几个阵元晶片．该方法就是根据实际检测对象制定一定实施法则来动态调整成像区域中每个聚焦点幅值叠加时所选取的孔径．本文将以L型构件圆弧区域为检测对象，开展基于动态孔径虚拟聚焦方法的相控阵超声成像检测研究．收稿日期：2014-08．22；录用日期：2014—12-05；网络出版时间：2015-01-0916：59网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150109

7、．1659．002．html*通讯作者：徐娜(1985一)，女，河北邢台人，工程师，bjxuna@163．corrl，主要研究方向为超声无损检测．{l用格式：徐铘．侮方成，周正干．基于动态孔径聚焦的L型构件相控阵超声检测￡J]．北京航空航天大学学报，2015．41(6)：1000—1006．XuN，HeFC。ZhouZG．UltrasonicphasedarrayinspectionofL-shapedcomponentsbasedondynamicaperturefocusing[】1．Jour

8、nalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics．2015，41(6)：1000-1006(inChinese)．第6期徐娜，等：基于动态孔径聚焦的L型构件相控阵超声检测10011动态孔径聚焦方法实现t。(戈，z)=1．1全矩阵数据采集全矩阵数据是相控阵超声虚拟聚焦检测技术的基础．全矩阵数据采集(FullMatrixCapture，FMC)是指通过控制相控阵超声换能器中各阵元晶片依次激励超声波，每次激励时，换能器中全部阵元独立接收