一種透射式空氣耦合超聲掃描成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲掃描成像方法，尤其是涉及一種透射式空氣耦合超聲掃描成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲檢測(cè)是五大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)之一，由于它具有靈敏度高、穿透力強(qiáng)、指向性好、檢測(cè)速度快、成本低、設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)人體無(wú)害等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。常規(guī)超聲檢測(cè)的方法是接觸式，即在超聲探頭和待測(cè)試樣之間必須用水或其他液體作為聲耦合劑。這些耦合劑的使用一方面給檢測(cè)帶來(lái)諸多不便，另一方面有些構(gòu)件在檢測(cè)時(shí)是不能使用這些耦合劑的，比如鋰電池內(nèi)部缺陷檢測(cè)。空氣耦合超聲檢測(cè)為非接觸式無(wú)損檢測(cè)，不需要這些耦合劑，檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單、方便，已被應(yīng)用于復(fù)合材料、輪胎、混凝土、鋰電池等內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)?？諝怦詈铣暲碚撛缭?0世紀(jì)60年代提出，但由于超聲波換能器技術(shù)的限制，使其進(jìn)展緩慢。1995年，Grandia等的研宄使空氣親合超聲波換能器技術(shù)出現(xiàn)了重大突破，使得空氣耦合超聲檢測(cè)技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展期。目前，國(guó)內(nèi)外常用空氣耦合超聲檢測(cè)方法采用一發(fā)一收的穿透法，發(fā)射探頭和接收探頭均采用聚焦探頭，主要存在問(wèn)題有發(fā)射效率低、穿透能力有限、對(duì)焦不方便、檢測(cè)試樣厚度受探頭聚焦聲場(chǎng)限制，且調(diào)節(jié)不便，以及使用兩個(gè)聚焦探頭造成高成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種對(duì)焦方便、發(fā)射效率高、信號(hào)處理和分析功能強(qiáng)的透射式空氣耦合超聲掃描成像方法。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0005]1.一種透射式空氣親合超聲掃描成像方法，用于被檢測(cè)物體內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]I)連接系統(tǒng):通過(guò)數(shù)據(jù)線將檢測(cè)裝置各部分連接完整并通電啟動(dòng)；
[0007]2)調(diào)整探頭:將被檢試樣固定在試樣臺(tái)上，并置于發(fā)射探頭和接收探頭之間，調(diào)整接收探頭到被檢試樣表面的距離，使發(fā)射探頭的焦點(diǎn)落在被檢試樣表面上；
[0008]3)確定掃描范圍，具體包括以下步驟:
[0009]31)在被檢試樣上確定一個(gè)掃描范圍，并標(biāo)記起點(diǎn)和終點(diǎn)，移動(dòng)發(fā)射探頭和接收探頭，使探頭中心對(duì)準(zhǔn)掃描范圍的起點(diǎn)標(biāo)記點(diǎn)，并將起點(diǎn)定為坐標(biāo)零點(diǎn)；
[0010]32)根據(jù)被檢試樣上的掃描范圍，在水平方向和垂直方向上確定發(fā)射探頭和接收探頭的掃描距離，并將掃描距離數(shù)值輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)。
[0011]4)檢測(cè)被檢試樣:控制探頭在掃描范圍內(nèi)自動(dòng)掃描，并且實(shí)時(shí)顯示超聲回波，掃描結(jié)束后，發(fā)射探頭和接收探頭自動(dòng)回到坐標(biāo)零點(diǎn)。
[0012]5)信號(hào)處理與分析:對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行分析和處理，并顯示檢測(cè)圖像并顯示。
[0013]所述的步驟2)中調(diào)整發(fā)射探頭到被檢測(cè)物表面的距離為20mm。
[0014]所述的步驟3)中的掃描范圍為矩形掃描范圍。
[0015]所述的步驟2)中的發(fā)射探頭的中心頻率包括50kHz、10kHz、200kHz和400kHz。
[0016]被檢試樣的厚度大于等于5mm。
[0017]被檢試樣的材質(zhì)包括有機(jī)玻璃、金屬。
[0018]一種透射式空氣耦合超聲掃描成像方法，該系統(tǒng)包括設(shè)置在試樣臺(tái)一側(cè)的接收探頭、設(shè)置在試樣臺(tái)另一側(cè)的發(fā)射探頭、固定在試樣臺(tái)上的掃描架、前置放大器、脈沖發(fā)射接收器、信號(hào)采集與處理模塊和計(jì)算機(jī)，所述的掃描架分別與接收探頭、發(fā)射探頭、脈沖發(fā)射接收器、信號(hào)采集與處理模塊和計(jì)算機(jī)連接，所述的發(fā)射探頭與脈沖發(fā)射接收器連接，所述的前置放大器分別與接收探頭和信號(hào)采集與處理模塊連接，所述的信號(hào)采集與處理模塊與計(jì)算機(jī)連接。
[0019]所述的發(fā)射探頭為平面發(fā)射探頭，所述的接收探頭為聚焦接收探頭，所述的平面發(fā)射探頭和聚焦接收探頭均為空氣耦合探頭。
[0020]所述的計(jì)算機(jī)設(shè)有掃描軟件和系統(tǒng)檢測(cè)軟件。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]一、對(duì)焦方便:采用平面發(fā)射探頭和聚焦接收探頭，代替了現(xiàn)有的雙側(cè)透射方法中采用一對(duì)聚焦空氣探頭的方式，完成了超聲波激發(fā)和接收，對(duì)焦方便。
[0023]二、發(fā)射效率高:本發(fā)明中的平面發(fā)射探頭的發(fā)射中心頻率包括50kHz、100kHz、200kHz和400kHz，發(fā)射頻率高，穿透能力強(qiáng)，采用空氣耦合接收的分辨率和靈敏度高。
[0024]三、信號(hào)處理和分析功能強(qiáng):本系統(tǒng)由基于MATLAB的系統(tǒng)檢測(cè)軟件完成對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的控制和對(duì)超聲波信號(hào)的處理和結(jié)果顯示，該軟件用于多通道數(shù)據(jù)采集、濾波、時(shí)域與頻域分析及深度補(bǔ)償，信號(hào)處理和分析功能強(qiáng)，便于兩次開(kāi)發(fā)。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為實(shí)施例1中的有機(jī)玻璃試樣結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(2a)為有機(jī)玻璃試樣結(jié)構(gòu)主視圖，圖(2b)為有機(jī)玻璃試樣結(jié)構(gòu)底視圖。
[0027]圖3為實(shí)施例1中有機(jī)玻璃試樣檢測(cè)結(jié)果圖。
[0028]圖4為為實(shí)施例2中的鋁塊試樣結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(4a)為鋁塊試樣結(jié)構(gòu)主視圖，圖(4b)為鋁塊試樣結(jié)構(gòu)底視圖。
[0029]圖5為實(shí)施例2中鋁塊試樣檢測(cè)結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]如圖1所示，一種透射式空氣耦合超聲掃描成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)置在試樣臺(tái)3一側(cè)的接收探頭1、設(shè)置在試樣臺(tái)3另一側(cè)的發(fā)射探頭2、固定在試樣臺(tái)3上的掃描架4、前置放大器5、脈沖發(fā)射接收器6、信號(hào)采集與處理模塊7和計(jì)算機(jī)8，所述的掃描架4分別與接收探頭1、發(fā)射探頭2、脈沖發(fā)射接收器6、信號(hào)采集與處理模塊7和計(jì)算機(jī)8連接，所述的發(fā)射探頭2與脈沖發(fā)射接收器6連接，所述的前置放大器5分別與接收探頭I和信號(hào)采集與處理模塊7連接，所述的信號(hào)采集與處理模塊7與計(jì)算機(jī)8連接。
[0033]首先計(jì)算機(jī)8發(fā)出掃描控制命令給掃描架4，掃描架4掃描同時(shí)發(fā)出同步脈沖信號(hào)到脈沖發(fā)射接收器6和信號(hào)采集與處理模塊7，接著超聲脈沖發(fā)射接收器6產(chǎn)生高壓脈沖信號(hào)，并激勵(lì)發(fā)射探頭2產(chǎn)生超聲波，通過(guò)空氣耦合將超聲波導(dǎo)入被檢試樣內(nèi)，同時(shí)接收探頭I將接收到穿透過(guò)試樣的衰減超聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)經(jīng)前置放大器5放大調(diào)理后，由信號(hào)采集與處理模塊7數(shù)字化，最后再通過(guò)USB接口輸入計(jì)算機(jī)8，由基于MATLAB的系統(tǒng)檢測(cè)軟件完成對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的控制和對(duì)超聲波信號(hào)的處理和結(jié)果