CN101819182B - 重构非均匀介质中缺陷形状的方法 - Google Patents

重构非均匀介质中缺陷形状的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101819182B
CN101819182B CN2010101312464A CN201010131246A CN101819182B CN 101819182 B CN101819182 B CN 101819182B CN 2010101312464 A CN2010101312464 A CN 2010101312464A CN 201010131246 A CN201010131246 A CN 201010131246A CN 101819182 B CN101819182 B CN 101819182B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nonhomogeneous media
nonhomogeneous
reconstruct
defect shape
media
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2010101312464A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101819182A (zh
Inventor
郑钢丰
郑礼全
邱轶兵
李玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui University of Science and Technology
Original Assignee
Anhui University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui University of Science and Technology filed Critical Anhui University of Science and Technology
Priority to CN2010101312464A priority Critical patent/CN101819182B/zh
Publication of CN101819182A publication Critical patent/CN101819182A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101819182B publication Critical patent/CN101819182B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明涉及无损检测领域,具体涉及一种重构非均匀介质中的缺陷形状的方法,具体包括以下步骤:首先利用超声波检测系统检测非均匀介质,获得非均匀介质中的缺陷回波幅值,在计算机中利用工程计算软件对公式(1)和(2)进行程序编写,然后输入相应的缺陷回波的幅值即可实现非均匀介质的缺陷形状的重构; 其中公式(1)和(2)是根据均匀的各向同性介质中的三维Born近似公式和三维Kirchhoff近似公式中分别引入相速度式而导出的,所以本发明的重构非均匀介质中缺陷形状的方法简单方便,能快速、准确、低成本的重构出非均匀介质中三维缺陷的形状。

Description

重构非均匀介质中缺陷形状的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及无损检测领域,具体涉及一种重构非均勻介质中的缺陷形状的方法。 背景技术
[0002] 随着我国现代化建设的发展,无损检测的方法无论在高科技建设方面还是在基础设施建设方面都发挥着及其重要的作用。无损检测(NDT)就是一种采用声、光、电、磁等物理原理对被检对象进行检测,在不损坏、不破坏被检对象的情况下,获得被检对象的各种信息(如内部、表面的不连续、位置、大小、形状等等)的方法。常用的无损检测方法有射线照相、渗透检测、磁粉检测、超声检测、涡流检测五大方法。其中所述的超声波检测是利用物体自身或缺陷的声学特性对超声波传播的影响,来检测物体的缺陷或某些物理特性。
[0003] 非均勻介质是指含相关散射体的介质(即一个理想的散射体模型,散射体所占的体积比较大且产生较强的散射效果)或者是指含不相关散射体的介质(即一个理想的散射体模型,散射体所占的体积比特别小且产生非常弱小的散射)。其中非均勻介质中的缺陷具体可指非均勻介质中的包裹、夹杂、空洞及裂纹等,在对非均勻介质中所含缺陷进行定量检测时,常常会受到非均勻介质中的缺陷形状的限制,从而造成对非均勻介质中的缺陷的定量检测带来很大困难,如果能知道非均勻介质中的缺陷形状,就可以根据缺陷形状判断非均勻介质的服役时间、以及缺陷的可能发展趋势,从而避免一些事故的发生,提高非均勻介质的使用可靠性。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,该方法简单方便,能快速、准确、低成本的重构出非均勻介质中三维缺陷的形状。
[0005] 本发明的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,包括以下步骤:首先利用超声波检测系统检测非均勻介质,获得非均勻介质中的缺陷回波幅值,在计算机中利用工程计算软件对公式(1)和(¾进行程序编写,然后输入相应的缺陷回波的幅值即可实现非均勻介质的缺陷形状的重构,
[0006]
Figure CN101819182BD00041
[0008] 其中χ是特征函数Γ (χ)和Υη(χ)的参数,:Pm是单位矢量ί指向ym方向的分量, (/,Λ表示缺陷散射场纵波的散射幅值,kL表示纵波波数,f表示频率J 二是单位矢
量指向1方向,Ω0Ρ)表示单位球上的积分,Cl(f)就是非均勻介质中的相速度。
[0009] 本发明的重构非均勻介质中缺陷形状的方法,通过超声波检测系统检测非均勻介质从而获得分均勻介质中的缺陷回波幅值,其中公式(1)和(¾是根据均勻的各向同性介质中的三维Born近似公式和三维Kirchhoff近似公式中分别引入相速度式而导出的,再利用相关工程计算软件对公式(1)和(¾进行编程,然后再代入相应的缺陷回波幅值即可对非均勻介质中的缺陷形状进行重构,所以本发明的重构非均勻介质中缺陷形状的方法简单方便,能快速、准确、低成本的重构出非均勻介质中三维缺陷的形状。
附图说明
[0010] 图1是本发明的流程图;
[0011] 图2含人工缺陷的水泥砂浆试件图;
[0012] 图3非均勻化的三维Born近似公式重构出水泥砂浆试件中的三维缺陷形状;
[0013] 图4非均勻化的三维Kirchhoff近似公式重构出水泥砂浆试件中的三维缺陷形状。
具体实施方式
[0014] 本发明的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其中所述的超声波检测系统检测非均勻介质包括以下步骤:将超声传感器置于非均勻介质的表面,优选的是超声传感器与非均勻介质的表面垂直接触,且超声传感器与非均勻介质之间采用白凡士林作为耦合剂; 超声波脉冲发射/接收仪产生一个脉冲信号施加于超声波传感器,本发明中优选的超声波脉冲发射/接收仪为Model5800型探伤仪,超声波传感器在非均勻介质中产生一束纵波,该纵波在非均勻介质中遇到缺陷产生的回波信号又传输到超声波传感器,超声波传感器接收到回波信号再经超声波脉冲发射/接收仪后将其送入数字示波器,数字示波器通过分析反射回波信号,以数据的形式将其存储在计算机中,采用上述技术方案,能快速、准确的检测出非均勻介质中所存在的缺陷。
[0015] 本发明的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,在利用超声波检测系统检测非均勻介质中的缺陷时,其中超声传感器的探测点均勻分布在非均勻介质的表面;本发明的重构非均勻介质中缺陷形状的方法,所述的超声传感器在非均勻介质的表面每间隔一定角度手动移动一次且间隔角度小于等于30°,且沿轴线方向每间隔一段距离移动一步且间隔距离小于等于15mm,具体的在非均勻介质的表面进行检测时,在同一截面内每间隔一定角度手动移动一次且间隔角度小于等于30°,一般优选的是在同一截面内间隔角度越小,获得的数据就越准确,检测所得效果越好;其中沿轴线方向每间隔一段距离移动一步且间隔距离小于等于15mm,优选的也是沿轴线方向间隔移动的距离越小,获得的数据就越准确,检测所得效果越好;所述的超声传感器在非均勻介质表面进行检测时每个探测点均重复检测数次;采用上述技术方案,可以减小检测系统的随机误差,从而能够准确的获取非均勻介质中的缺陷回波幅值。
[0016] 本发明的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,所述的工程计算软件包括 Mathematica5. 0、Maple7. 0、Matlab7. O和Wavestar,其中在利用超声波检测系统检测非均勻介质中时,超声波传感器在非均勻介质中产生一束纵波,该纵波在非均勻介质中遇到缺陷产生的回波信号又传输到超声波传感器,超声波脉冲发射/接收仪后将其送入数字示波器,数字示波器首先利用工程计算软件Wavestar对非均勻介质的缺陷回波信号进行采集,再利用工程计算软件MathematicaS. 0和Maple7. 0对非均勻介质中的缺陷回波信号进行处理和计算,再将缺陷回波信号以缺陷回波幅值数据的形式存储在计算机中;然后在计算机中利用工程计算软件Matlab7.0对公式(1)和(2)进行程序编写,并在公式(1)和(2)输入相应的缺陷回波幅值数据,从而即可实现非均勻介质中的缺陷形状进行重构,所以本发明的重构非均勻介质中缺陷形状的方法简单方便,能快速、准确、低成本的重构出非均勻介质中三维缺陷的形状。
[0017] 本发明的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,所述的公式(1)和O)中的频率 f的取值范围是0. 2〜1. 5MHz。
[0018] 本发明的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其中所述的公式(1)和(2)是根据均勻的各向同性介质中的三维Born近似公式和三维Kirchhoff近似公式推导而来的,具体的过程如下:
[0019] Sl :输入均勻介质中的三维Born近似、Kirchhoff近似公式,对于三维Born近似公式其形式为:
[0020]
Figure CN101819182BD00061
[0021] 其中X是特征函数Γ (χ)的参数,义是单位矢量j)指向ym方向(从笛卡儿直角坐标系的原点)的分量,11°表示入射平面纵波振幅,A1(AiJ)表示缺陷散射场纵波的散射幅值, kL表示纵波波数,:P =少/LH是单位矢量指向y方向(从笛卡儿直角坐标系的原点),Ω0Ρ)表示单位球上的积分。关于单位球上的积分作如下处理:
[0022] 因为有允+为+允=1 (单位球的笛卡尔直角坐标表达式)
Figure CN101819182BD00062
[0026]由于通常情况下入射波是垂直入射所以θ常取90°,此时sin θ的值是单位1, 因而在书写公式时sin θ就被1代替了,从而可以对三维Born近似公式进行变换;三维 Kirchhoff近似公式其形式为:
[0027]
Figure CN101819182BD00063
[0028] 其中X是奇异函数Yh(X)的参数,其它变量的含义与上述三维Born近似公式同;
[0029] S2 :对公式中与波数相关的变量实行非均勻化处理,其步骤如下:在非均勻介质中,由于相速度的频散特性,取
[0030] kL = ω /Cl (f) = 2 π f/CL (f)
[0031] 其中&是一个关于频率f为变量的函数。CJf)就是非均勻介质中的相速度,对上式关于变量频率两边求导后得
[0032]
Figure CN101819182BD00064
[0033] 其中Cl(f)由非均勻介质中Kramers-Kronig(克拉茂-克朗尼希)关系决定;
[0034] S3 :代入非均勻化后的波数变量调整三维Born近似、Kirchhoff近似公式,其步骤如下:
[0035] 对于三维Born近似公式
[0036]
Figure CN101819182BD00071
[0037] 中的和dh分别用步骤S2所述的表达式代入后并化简得公式(1)如下:
[0038]
Figure CN101819182BD00072
[0039] 故公式(1)也可成为非均勻化的三维Born近似公式,一般情况下上式被积变量f 的取值范围是f :0. 2〜1. 5MHz ;
[0040] 对于三维Kirchhoff近似公式
[0041] Y^x) = ^\[^Am{y)em^AkLdkId^{y)
[0042] 中的和dh分别用步骤S2所述的表达式代入并化简后得公式(2)如下:
[0043]
Figure CN101819182BD00073
[0044] 故公式O)也可称为非均勻化的三维Kirchhoff近似公式。
[0045] 下面结合说明书附图和实施例对本发明的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法作进一步的详细说明:
[0046] 实施例
[0047] 为了用本发明的重构非均勻介质中缺陷形状的方法重构出图2中所示的水泥砂浆柱的三维缺陷的形状,具体操作如下:
[0048] 实验准备阶段:
[0049] 超声波脉冲发射/接收仪采用美国MODEL 5800 ;
[0050] 数字示波器采用美国泰克公司的TDS 3200 ;
[0051] 超声波传感器采用纵波直探头,由广东汕头超声所加工制作;
[0052] 水泥砂浆柱是以沙子、水泥和水按照1 : 9 : 4的体积比混合加工而成的,测得水泥砂浆柱中纵波的声速为3100m/s,水泥砂浆柱的尺寸是:直径80mm,母线长是100mm,其中自行加工的缺陷形状是截面形状为直径是8mm的圆形通孔柱;
[0053] 如图1所示,首先将超声传感器置于被检试件水泥砂浆柱的表面,且使超声传感器与水泥砂浆柱的表面垂直接触,超声传感器与水泥砂浆柱之间采用白凡士林作为耦合剂;超声传感器与超声波脉冲发射/接收仪相连,超声波脉冲发射/接收仪与数字示波器相连,数字示波器与计算机相连;
[0054] 实验检测阶段:
[0055] 启动超声波脉冲发射/接收仪,超声波脉冲发射/接收仪产生一个脉冲信号施加于超声波传感器,超声波传感器在水泥砂浆柱中产生一束纵波,该纵波在水泥砂浆
Figure CN101819182BD00074
柱中遇到缺陷,产生的回波信号又传输到超声波传感器,然后反射回波信号被同时发射 \接收的同一超声波传感器接收信号,所接收到的缺陷回波信号再一次经过超声波脉冲发射/接收仪后,超声波脉冲发射/接收仪后将其送入数字示波器,数字示波器首先利用工程计算软件Wavestar对水泥砂浆柱的缺陷回波信号进行采集,再利用工程计算软件MathematicaS. 0和Maple7. 0对水泥砂浆柱中的缺陷回波信号进行处理和计算,然后以数据的形式将水泥砂浆柱的缺陷回波幅值存储在计算机中;最后再利用工程计算软件 Matlab7.0对公式(1)和(2)进行程序编写,并在公式(1)和(2)中输入相应的缺陷回波的幅值数据即可对水泥砂浆柱中的缺陷形状进行重构,如图3所示,是由公式(1)重构出的水泥砂浆柱的缺陷形状图,其优点在于重构缺陷内部特征信息;如图4所示,是由公式(2)重构出的水泥砂浆柱的缺陷性状图,其优点在于重构缺陷外部特征信息;如图3和图4所示, 平面内的坐标表示通孔缺陷在水泥砂浆柱某一截面的位置,纵向的坐标表示通孔缺陷在水泥砂浆柱轴向的位置,坐标系边侧的柱状带表示传感器在水泥砂浆柱的轴线方向每间隔 IOmm移动一步,在实际检测时,超声传感器在水泥砂浆柱中的探测点均勻分布在其表面,每个探测点均重复检测数次,检测时超声传感器在水泥砂浆柱的同一截面圆的表面每间隔角度20°时手动移动一次,同时还沿着水泥砂浆柱的轴线方向每隔IOmm时移动一步,然后将每步的结果叠加起来,结果如图3、4所示。

Claims (10)

1. 一种重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,包括以下步骤:首先利用超声波检测系统检测非均勻介质,获得非均勻介质中的缺陷回波幅值,在计算机中利用工程计算软件对公式(1)和(¾进行程序编写,然后输入相应的缺陷回波的幅值即可实现非均勻介质的缺陷形状的重构,
Figure CN101819182BC00021
其中X是特征函数Γ(χ)和Υη(χ)的参数,尺是单位矢量:P指向ym方向的分量,ΛΛ/,Λ表示缺陷散射场纵波的散射幅值,kL表示纵波波数,f表示频率,y = 是单位矢量指向y方向,Ω0Ρ)表示单位球上的积分,Cl(f)就是非均勻介质中的相速度;u°表示入射平面纵波振幅。
2.根据权利要求1所述的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其特征在于所述的超声波检测系统检测非均勻介质包括以下步骤:将超声波传感器置于非均勻介质的表面,超声波脉冲发射/接收仪产生一个脉冲信号施加于超声波传感器,超声波传感器在非均勻介质中产生一束纵波,该纵波在非均勻介质中遇到缺陷产生的回波信号又传输到超声波传感器,超声波传感器接收到回波信号再经超声波脉冲发射/接收仪后将其送入数字示波器, 数字示波器通过分析反射回波信号,以数据的形式将其存储在计算机中。
3.根据权利要求1所述的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其特征在于:所述的工程计算软件包括 Mathematica5. 0、Maple7. 0、Matlab7. 0 和 Wavestar,其中 Wavestar 用于非均勻介质的缺陷数据的采集,Mathematica5. 0、Maple7. 0用于非均勻介质中缺陷回波幅值数值的处理和计算,Matlab7. 0用于非均勻介质中的缺陷形状的重构。
4.根据权利要求1所述的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其特征在于:所述的公式(1)和(2)中的频率f的取值范围是0. 2〜1. 5MHz。
5.根据权利要求2所述的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其特征在于:所述的超声波脉冲发射/接收仪为MOdel5800型探伤仪。
6.根据权利要求2所述的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其特征在于:所述的超声波传感器的探测点均勻分布在非均勻介质的表面。
7.根据权利要求2或6所述的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其特征在于:所述的超声波传感器与非均勻介质的表面垂直接触。
8.根据权利要求2或6所述的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其特征在于:所述的超声波传感器与非均勻介质之间采用白凡士林作为耦合剂。
9.根据权利要求2所述的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其特征在于:所述的超声波传感器在非均勻介质的表面每间隔一定角度手动移动一次且间隔角度小于等于 30°,且沿轴线方向每间隔一段距离移动一步且间隔距离小于等于15mm。
10.根据权利要求6所述的重构非均勻介质中的缺陷形状的方法,其特征在于:所述的超声波传感器在非均勻介质表面进行检测时每个探测点均重复检测数次。
CN2010101312464A 2010-03-18 2010-03-18 重构非均匀介质中缺陷形状的方法 Expired - Fee Related CN101819182B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101312464A CN101819182B (zh) 2010-03-18 2010-03-18 重构非均匀介质中缺陷形状的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101312464A CN101819182B (zh) 2010-03-18 2010-03-18 重构非均匀介质中缺陷形状的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101819182A CN101819182A (zh) 2010-09-01
CN101819182B true CN101819182B (zh) 2012-03-28

Family

ID=42654355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010101312464A Expired - Fee Related CN101819182B (zh) 2010-03-18 2010-03-18 重构非均匀介质中缺陷形状的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101819182B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103577696B (zh) * 2013-11-08 2017-01-11 浙江大学 旋转声场作用下非规则缺陷散射声场的计算方法
CN103969337B (zh) * 2014-05-07 2017-02-22 北京工业大学 一种基于矢量全聚焦成像的超声阵列裂纹类缺陷方向识别方法
CN104749253A (zh) * 2015-03-14 2015-07-01 浙江省计量科学研究院 一种圆柱型工件内缺陷超声背散射成像方法及装置
CN110320274B (zh) * 2019-07-10 2020-12-22 华南理工大学 一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101403728A (zh) * 2008-04-30 2009-04-08 硕德(北京)科技有限公司 相控阵超声检测中基于邻近相关法的相位畸变校正方法
US7634392B2 (en) * 2003-11-13 2009-12-15 Southwest Research Institute Simulation of guided wave reflection signals representing defects in conduits

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53108489A (en) * 1977-03-04 1978-09-21 Tokyo Electric Power Co Inc:The Flaw detector for tubes
WO2001031350A1 (en) * 1999-10-26 2001-05-03 Entela, Inc. Control system for a failure mode testing system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7634392B2 (en) * 2003-11-13 2009-12-15 Southwest Research Institute Simulation of guided wave reflection signals representing defects in conduits
CN101403728A (zh) * 2008-04-30 2009-04-08 硕德(北京)科技有限公司 相控阵超声检测中基于邻近相关法的相位畸变校正方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP昭53-108489A 1978.09.21

Also Published As

Publication number Publication date
CN101819182A (zh) 2010-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104142195A (zh) 基于超声波法的钢结构构件内部初始应力检测装置和方法
CN102207488B (zh) 横波tofd缺陷定位方法
CN103604868B (zh) 基于合成孔径及信息熵的波纹管压浆质量检测装置及方法
CN102692453B (zh) 一种基于非线性声学的材料无损检测方法和装置
CN104865317B (zh) 一种透射式空气耦合超声扫描成像方法
CN101571513A (zh) 用于复合材料层合板质量评定的超声导波检测装置
CN103901109A (zh) 一种复合绝缘子内部缺陷的相控阵超声检测装置及方法
CN104181234B (zh) 一种基于多重信号处理技术的无损检测方法
CN106546661B (zh) 一种干涉超声合成孔径对混凝土内部成像方法
CN101819182B (zh) 重构非均匀介质中缺陷形状的方法
CN105698012A (zh) 基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法
CN104698089A (zh) 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
CN104634876A (zh) 一种超声扫描显微镜检测金属材料内部夹杂物的方法
CN203981638U (zh) 一种复合绝缘子内部缺陷的相控阵超声检测装置
CN105044211A (zh) 基于trl相控阵探头的缺陷3d可视化超声检测流程
CN106770669A (zh) 基于多模式声束合成孔径聚焦的缺陷二维形貌成像检测方法
CN104297346A (zh) 超声平板导波的金属板材无损检测系统及其检测方法
CN103940908B (zh) 基于dbscan及互相关算法的超声检测装置及方法
CN103743820B (zh) 基于全域渡越时间参数的混凝土柱质量超声检测装置及方法
CN106198739A (zh) 一种基于波型转换的tofd近表面盲区缺陷定位检测方法
CN105403627A (zh) 一种用于增强超声检测图像横向分辨率的方法
CN104792868A (zh) 一种回旋式扫描筒体超声在线检测方法
CN203117167U (zh) 公路钢桥用超声波检测装置
CN105319272B (zh) 一种基于角域信号重构的水浸超声检测方法
Carino et al. Pulse‐echo method for flaw detection in concrete

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Hefei baolite metal material Co. Ltd.

Assignor: Anhui University Of Science And Technology

Contract record no.: 2012340000189

Denomination of invention: Method for reconstructing defect shape in non-uniform medium

Granted publication date: 20120328

License type: Exclusive License

Open date: 20100901

Record date: 20120614

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120328

Termination date: 20130318