Page 75 - 无损检测2021年第八期

陈 恺, 等:

基于 Ac q uire软件的相控阵超声曲面自适应仿形方法

ROBERT 等 [ 8 ] 提出了自适应的超声检测方法。 为 P i i 为点编号), 记 f 为采样频率, 则渡越时间
(
自适应超声检测技术是一种基于迭代优化的技术, t TOF 可写为
其根据渡越时间对延时时间进行优化, 使得超声波 t TOF = i / f ( 1 )
聚焦于被测件表面。在此基础上, 文章结合脉冲回 相比于阈值法, 滑动窗口法对噪声点具有更好
波仿形技术和界面检测技术, 根据渡越时间和自适 的鲁棒性, 因为少量的噪声点无法触发窗口阈值。
应超声检测中的延时时间计算构件的表面形状, 并 试验的阈值系数α 设定为 0.2 , 窗口宽度 N 设定为
将其与全聚焦成像提取的界面轮廓作对比。结果表 50 , 窗口阈值设定为 20 ( 无量纲)。
明, 迭代过程可减小脉冲回波仿形测量的误差, 且无 1.2 相控阵超声延时法则
需测 算 声 波 的 传 播 路 径。 利 用 M2M 公 司 的 相控阵超声技术可以对各个阵元进行单独控制
Panther型相控阵超声仪器及采集软件 Ac q uire 的 使其可独立接收回波信号; 也可对各个阵元施加不
远程控制接口编写的客户端软件, 实现了构件形状 同的延时, 改变叠加波形 的方向和聚焦 位 置 [ 10-11 ] 。
的自适应仿形功能。 当对各个阵元施加相同的控制信号时, 各个阵元同
时产生球面波, 球面波互相叠加, 形成行波脉冲[ 见
1 技术原理
图 2 ( a )]。改变不同阵元脉冲信号的相对延时, 可
1.1 界面检测 使叠加声束产生方向偏转[ 见图 2 ( b )], 或产生聚焦
界面波的波达时间指的是阵元激发的声波从发 [ 见图 2 ( c )]。因此, 可调整延时法则或探头的入射
射到被阵元接收所需的时间。在激发到接收的过程 角度, 使叠加声束垂直入射复杂形状构件的表面。
中, 声波会经过数次反射和折射, 最终在接收器上形

成具有多个波峰的波形。
对界面波波达时间的检测可转换为对超声渡越
时间的检测。超声渡越时间的检测方法可分为时域
法和频域法, 其中时域方法又包括阈值法、 曲线拟合
法、 滑动窗口法。阈值法是最简单的方法, 但其抗噪
性能不佳。文章采用滑动窗口法检测渡越时间 [ 9 ] 。
滑动窗口法渡越时间检测示例如图 1 所示, 图中第
一个出现的回波信号对应的位置即为被测 件的界
面, 但由于该信号包含接收器自身发射的超声声波
( 初始波), 所以不能用于分析界面形状。可根据实
际检测采集到的信号设置闸门, 将初始波排除。滑
动窗口法的原理为, 对于一组回波信号, 记其最大幅
, 设定阈值系数为α , 则阈值为 V max α 。 使
·
值为V max
用宽度为 N 的窗口, 从信号起始点以单位点为步长
向右滑动, 在该窗口内, 信号绝对值超过阈值V max α
·
的点数记为n 。 设定点数阈值为 m , 若n>m , 则认为
该处为目标窗口。目标窗口的起始位置对应的点记

图 2 相控阵超声不同延时法则的效果
1.3 自适应相控阵超声检测
自适应检测基于迭代方法进行, 被测件的表面
形状是未知的。每次扫查的延时法则由上一次扫查
的渡越时间确定, 第一次扫查的延时时间设置为 0 。
图 1 滑动窗口法渡越时间检测示例
扫查时每个阵元均进行发射和接收。 t i , j 为第 j 次检
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2021 年 第 43 卷 第 8 期

无损检测