CN101839894B - 一种新型数字超声探伤系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型数字超声探伤系统和方法，包括探头装置、超声发射/接收装置和前置放大装置，依次连接前置放大装置的伤波的程控放大装置、滤波装置、检波装置和A/D转换装置，底波的程控放大装置、滤波装置、检波装置和A/D转换装置，界面波的程控放大装置、滤波装置、检波装置和A/D转换装置，以及连接伤波A/D转换装置、底波A/D转换装置和界面波A/D转换装置的数字信号处理装置，信号处理装置连接人机接口装置，以及系统采用的底波修正方法和界面波、底波联合修正方法。从而提供一种降低实际探伤过程中耦合层变化对检测结果的影响、降低检测结果对检测人员的高依赖性、提高检测结果的准确性和可靠性的新型数字超声探伤系统和方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种探伤系统和方法，特别是一种利用数字超声探伤的系统和方法。
背景技术
超声检测（Ultrasonic Testing UT）是五大常规无损检测方法之一（分别为：超声、射线、磁粉、渗透和涡流）。与其他常规技术相比，超声检测具有被测对象范围广，检测深度大，灵敏度高，成本低，使用方便，速度快，对人体无伤害和便于现场使用等优点，是国内外应用最广泛的无损检测技术。数字超声探伤仪是实现超声探伤的最重要的工具之一。
目前国内外常用的超声探伤仪都是单个通道，根据回波的大小判定是否为缺陷。实际使用过程中，由于耦合层的大小会直接影响回波大小，因此仅仅依靠回波幅值判定存在误差。由于耦合层变厚会降低伤波幅值，通常会发生漏判现象。漏判有可能会导致严重事故，是无损检测需要尽量避免的现象。为了降低耦合层变化对检测结果的影响，通常需要根据经验对同一个位置进行多次探测，通过动态观察伤波变化情况来判断是否是缺陷及估算缺陷大小。这种做法使得检测结果高度依赖操作人员的经验和工作态度，具有很大的不确定性，并且降低了检测效率，也不能运用于自动探伤。由于底面回波和缺陷回波都经过耦合层，耦合层变化对底波和缺陷波的影响是一致的，因此可以通过监视底波幅值修正伤波幅值的方法来消除耦合层变化对检测结果的影响，即可有效降低漏判问题。由于底波幅值通常比伤波大很多，常规的单个通道探伤仪由于只有一个独立通道，无法实现同时观察底波和伤波（例如由于底波近似无限大缺陷，当检测当量为ф5或更小时，底波已经饱和，即超过放大器的极限值，也可能超过了A/D转换的量程；当缺陷比较大时，缺陷回波幅值也可能出现饱和，这时缺陷回波幅值并不准确），因而一方面无法实现通过监视底波进而修正伤波达到降低漏判率，另一方面也无法利用DSG曲线对大缺陷进行定量分析。界面波也可用于监视耦合层的变化，也能用来修正缺陷波的位置和消除界面波多次反射波引起的误报。同样由于界面波比缺陷波低得多（通常相差20dB以上），常规单通道数字超声探伤仪也无法同时监视界面波和伤波。常规的多通道检测装置由于不能在底层进行不同通道间数据进行融合处理，不能实现底波、伤波或界面波融合处理，因此也不能满足降低漏报，提高缺陷定位、定量精度的需求。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种降低实际探伤过程中耦合层变化对检测结果的影响、降低检测结果对检测人员的高依赖性、提高检测结果的准确性和可靠性的新型数字超声探伤系统和方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型数字超声探伤系统，包括依次连接的探头装置、超声发射/接收装置和前置放大装置，还包括依次连接所述前置放大装置的伤波程控放大装置、伤波滤波装置、伤波检波装置和伤波A/D转换装置，依次连接所述前置放大装置的底波程控放大装置、底波滤波装置、底波检波装置和底波A/D转换装置，依次连接所述前置放大装置的界面波程控放大装置、界面波滤波装置、界面波检波装置和界面波A/D转换装置，以及连接所述伤波A/D转换装置、所述底波A/D转换装置和所述界面波A/D转换装置的数字信号处理装置，所述信号处理装置连接人机接口装置。
本发明的新型数字超声探伤系统，其中所述探头装置包括单晶探头和双晶探头。
本发明的新型数字超声探伤系统，其中采用所述单晶探头探伤时，通过所述探头装置进行探伤，并将信号发送给所述超声发射/接收装置，通过所述超声发射/接收装置将信号发送给所述前置放大装置，信号经过所述前置放大装置进行放大，分别通过所述伤波程控放大装置和所述底波程控放大装置将探伤信号分离并放大，并分别进行滤波、检波和A/D转换后发送给数字信号处理装置进行底波修正处理，所述数字信号处理装置将处理结果送入人机接口装置进行显示。
本发明的新型数字超声探伤系统，其中采用所述双晶探头探伤时，通过所述探头装置进行探伤，探伤信号经过所述超声发射/接收装置发送给所述前置放大装置，信号经过所述前置放大装置进行信号放大，分别通过所述伤波程控放大装置、所述底波程控放大装置和所述界面波程控放大装置将探伤信号分离并放大，并分别进行滤波、检波和A/D转换后发送给所述数字信号处理装置进行底波修正或者界面波、底波联合修正处理，所述数字信号处理装置将处理结果送入人机接口装置进行显示。
一种采用上述的新型数字超声探伤系统的底波修正方法，包括以下步骤：
分别配置伤波通道和底波通道增益，伤波通道以仪器能检测出所需的最小检测检测当量为依据，底波通道增益以保证底波不饱和为依据；
伤波通道识别判别大于最小检测当量的所有缺陷，记录伤波通道各缺陷位置和幅值；
底波通道记录底波幅值和底波位置、底波通道缺陷位置及幅值，根据伤波和底波增益差，计算底波通道缺陷幅值；
判断理论缺陷位置和理论缺陷幅值；
计算实际缺陷位置，实际缺陷位置等于工件厚度减去底波位置与理论缺陷位置之差，即：实际缺陷位置=工件厚度-（底波位置-理论缺陷位置）；
利用探头超声波发射声场曲线，根据理论缺陷幅值得到修正后的缺陷当量。
本发明的新型数字超声探伤底波修正方法，其中所述底波通道幅值为同时记录所有伤波通道已判别缺陷幅值为100%位置上往后一个探头回波宽度内幅值及位置，然后将记录的伤波通道缺陷幅值乘以伤波通道与底波增益差当作底波通道缺陷幅值。
本发明的新型数字超声探伤底波修正方法，其中所述理论缺陷位置为如果伤波通道缺陷幅值为100%，理论缺陷位置选取伤波通道缺陷位置与底波通道缺陷位置较大值，否则理论缺陷位置选取伤波通道缺陷位置值；所述理论缺陷幅值为如果伤波通道缺陷幅值为100%，理论缺陷幅值选取伤波通道缺陷幅值与底波通道缺陷幅值较大值，否则理论缺陷位置选取伤波通道缺陷幅值。
本发明的新型数字超声探伤底波修正方法，其中在所述分别配置伤波通道和底波通道增益步骤前，还包括选择单晶探头或双晶探头配置硬件设置的步骤。
一种采用上述的新型数字超声探伤系统的界面波、底波联合修正方法，包括以下步骤：
制作耦合层厚度与界面波位置/幅值图：即通过改变耦合层厚度，记录不同耦合层厚度的下界面波的多次回波位置和幅值，制作成耦合层厚度—界面波位置图和耦合层厚度—界面波幅值图；
探头不接触工件，分别配置伤波通道和界面波通道增益，伤波通道以仪器能检测出所需的最小检测检测当量为依据，界面通道波增益以没有接触工件时能检出界面波为依据，并记录界面波（初始界面波）幅值和位置；
探头接触工件，开始检测；
伤波通道识别判别大于最小检测当量的所有缺陷，记录伤波通道各缺理论陷位置和幅值；
界面波通道记录接触工件后界面波一次波幅值和位置；
计算实际缺陷位置，实际缺陷位置等于理论缺陷位置与一次界面波位置之差，即：实际缺陷位置=理论缺陷位置-界面波位置；
根据实际界面波位置，查询耦合层厚度—界面波位置图和耦合层厚度—界面波幅值图，判断是否可能出现多次界面波及其相应位置和幅值；
比较伤波通道记录的缺陷与上一步中得到多次界面波，剔除由于耦合层变化引起误报的缺陷。
本发明的新型数字超声探伤界面波、底波联合修正方法，其中在所述制作耦合层厚度与界面波位置/幅值图步骤前还包括选择双晶探头装置的步骤。
由于本发明提出了一种新的探伤系统和方法，即基于多通道关联检测的系统和方法，可以降低实际探伤过程中耦合层变化对检测结果的影响，利用了底波/界面波和伤波之间的关系，通过监控底波修正缺陷波幅值与位置；通过监控界面波修正缺陷波的位置并剔除多次界面波形成的误报，可以有效降低耦合层变化对检测结果的影响，降低检测结果对检测人员的高依赖性，提高检测结果的准确性和可靠性。
附图说明
图1是本发明新型数字超声探伤系统的系统框图；
图2是本发明新型数字超声探伤方法的底波修正流程图；
图3是本发明新型数字超声探伤方法的界面波、底波联合修正流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明新型数字超声探伤处理方法和系统的实施方式进行详细说明。
参见图1，本发明新型数字超声探伤系统包括至少2相关联的并行物理通道，包括单晶探头和双晶探头两种探头。
本发明新型数字超声探伤系统包括依次连接的探头装置1、超声发射/接收装置2和前置放大装置3，依次连接前置放大装置3的伤波程控放大装置4、伤波滤波装置5、伤波检波装置6和伤波A/D转换装置7，依次连接前置放大装置3的底波程控放大装置8、底波滤波装置9、底波检波装置10和底波A/D转换装置11，依次连接前置放大装置3的界面波程控放大装置12、界面波滤波装置13、界面波检波装置14和界面波A/D转换装置15，以及连接伤波A/D转换装置7、底波A/D转换装置11和界面波A/D转换装置15的数字信号处理装置16，信号处理装置16连接人机接口装置17。
使用单晶探头时，通过单晶探头装置进行探伤，并将信号发送给超声发射/接收装置2，通过超声发射/接收装置2将探伤信号发送给前置放大装置3，信号经过前置放大装置3进行放大，分别通过伤波程控放大装置4和底波程控放大装置8将探伤信号分离并放大，并分别进行滤波、检波和A/D转换后发送给数字信号处理装置16进行底波修正处理，数字信号处理装置16将处理结果送入人机接口装置17进行显示。
使用双晶探头时，通过双晶探头装置进行探伤，探伤信号经过超声发射/接收装置2发送给前置放大装置3，信号经过前置放大装置3进行信号放大，分别通过伤波程控放大装置4、底波程控放大装置8和界面波程控放大装置13将探伤信号分离并放大，并分别进行滤波、检波和A/D转换后发送给数字信号处理装置16进行底波修正或者界面波、底波联合修正处理，数字信号处理装置16将处理结果送入人机接口装置17进行显示。
参见图2，本发明新型数字超声探伤方法的底波修正方法，包括以下步骤：
步骤201，根据使用探头选择单晶探头或双晶探头配置硬件设置；
步骤202，分别配置伤波通道和底波通道增益，伤波通道以仪器能检测出所需的最小检测检测当量为依据，底波通道增益以保证底波不饱和为依据；
步骤203，伤波通道识别判别大于最小检测当量的所有缺陷，记录伤波通道各缺陷位置和幅值；
步骤204，底波通道记录底波幅值和底波位置、底波通道缺陷位置及幅值，根据伤波和底波增益差，计算底波通道缺陷幅值，同时记录所有伤波通道已判别缺陷幅值为100%（即伤波已饱和）位置上往后一个探头回波宽度（不是一个探头中心频率周期）内幅值及位置，将记录的伤波通道缺陷幅值乘以伤波通道与底波增益差当作底波通道缺陷幅值；
步骤205，判断理论缺陷位置，如果伤波通道缺陷幅值为100%，理论缺陷位置选取伤波通道缺陷位置与底波通道缺陷位置较大值，否则理论缺陷位置选取伤波通道缺陷位置值；
步骤206，判断理论缺陷幅值，如果伤波通道缺陷幅值为100%，理论缺陷幅值选取伤波通道缺陷幅值与底波通道缺陷幅值较大值，否则理论缺陷位置选取伤波通道缺陷幅值；
步骤207，计算实际缺陷位置，实际缺陷位置等于工件厚度减去底波位置与理论缺陷位置之差，即：实际缺陷位置=工件厚度-（底波位置-理论缺陷位置），（当底波不存在时，该修正不能进行）；
步骤208，利用探头超声波发射声场（DGS）曲线，根据理论缺陷幅值得到修正后的缺陷当量。
参见图3，本发明新型数字超声探伤处理方法的界面波、底波联合修正方法，包括以下步骤：
步骤301，选择双晶探头配置硬件设置；
步骤302，制作耦合层厚度与界面波位置/幅值图：即通过改变耦合层厚度，记录不同耦合层厚度的下界面波的多次回波位置和幅值，制作成耦合层厚度—界面波位置图和耦合层厚度—界面波幅值图；
步骤303，探头不接触工件，分别配置伤波通道和界面波通道增益，伤波通道以仪器能检测出所需的最小检测检测当量为依据，界面通道波增益以没有接触工件时能检出界面波为依据，并记录界面波（初始界面波）幅值和位置；
步骤304，探头接触工件，开始检测；
步骤305，伤波通道识别判别大于最小检测当量的所有缺陷，记录伤波通道各缺理论陷位置和幅值；
步骤306，界面波通道记录接触工件后界面波一次波幅值和位置；
步骤307，计算实际缺陷位置，实际缺陷位置等于理论缺陷位置与一次界面波位置之差，即：实际缺陷位置=理论缺陷位置-界面波位置；
步骤308，根据实际界面波位置，查询耦合层厚度—界面波位置图和耦合层厚度—界面波幅值图，判断是否可能出现多次界面波及其相应位置和幅值；
步骤309，比较伤波通道记录的缺陷与上一步中得到多次界面波，剔除由于耦合层变化引起误报的缺陷。
由于本发明提出了一种新的探伤系统和方法，即基于多通道关联检测的系统和方法，可以降低实际探伤过程中耦合层变化对检测结果的影响，利用了底波/界面波和伤波之间的关系，通过监控底波修正缺陷波幅值与位置；通过监控界面波修正缺陷波的位置并剔除多次界面波形成的误报，可以有效降低耦合层变化对检测结果的影响，降低检测结果对检测人员的高依赖性，提高检测结果的准确性和可靠性。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种新型数字超声探伤系统的底波修正方法，其特征在于，该系统设置探头装置（1）、超声发射/接收装置（2）和前置放大装置（3）、依次连接所述前置放大装置（3）的伤波程控放大装置（4）、伤波滤波装置（5）、伤波检波装置（6）和伤波A/D转换装置（7），依次连接所述前置放大装置（3）的底波程控放大装置（8）、底波滤波装置（9）、底波检波装置（10）和底波A/D转换装置（11），依次连接所述前置放大装置（3）的界面波程控放大装置（12）、界面波滤波装置（13）、界面波检波装置（14）和界面波A/D转换装置（15），以及连接所述伤波A/D转换装置（7）、所述底波A/D转换装置（11）和所述界面波A/D转换装置（15）的数字信号处理装置（16），所述数字信号处理装置（16）连接人机接口装置（17），该方法包括以下步骤：
分别配置伤波通道和底波通道增益，伤波通道以仪器能检测出所需的最小检测检测当量为依据，底波通道增益以保证底波不饱和为依据；
伤波通道识别判别大于最小检测当量的所有缺陷，记录伤波通道各缺陷位置和幅值；
底波通道记录底波幅值和底波位置、底波通道缺陷位置及幅值，根据伤波和底波增益差，计算底波通道缺陷幅值；
判断理论缺陷位置和理论缺陷幅值；
计算实际缺陷位置，实际缺陷位置等于工件厚度减去底波位置与理论缺陷位置之差，即：实际缺陷位置=工件厚度-（底波位置-理论缺陷位置）；
利用探头超声波发射声场（DGS）曲线，根据理论缺陷幅值得到修正后的缺陷当量。
2.根据权利要求1所述的新型数字超声探伤底波修正方法，其特征在于，所述底波通道幅值为同时记录所有伤波通道已判别缺陷幅值为100%位置上往后一个探头回波宽度内幅值及位置，然后将记录的伤波通道缺陷幅值乘以伤波通道与底波增益差当作底波通道缺陷幅值。
3.根据权利要求2所述的新型数字超声探伤底波修正方法，其特征在于，所述理论缺陷位置为如果伤波通道缺陷幅值为100%，理论缺陷位置选取伤波通道缺陷位置与底波通道缺陷位置较大值，否则理论缺陷位置选取伤波通道缺陷位置值；所述理论缺陷幅值为如果伤波通道缺陷幅值为100%，理论缺陷幅值选取伤波通道缺陷幅值与底波通道缺陷幅值较大值，否则理论缺陷位置选取伤波通道缺陷幅值。
4.根据权利要求3所述的新型数字超声探伤底波修正方法，其特征在于，在所述分别配置伤波通道和底波通道增益步骤前，还包括选择单晶探头或双晶探头配置硬件设置的步骤。
5.一种新型数字超声探伤系统的界面波、底波联合修正方法，其特征在于，该系统设置探头装置（1）、超声发射/接收装置（2）和前置放大装置（3）、依次连接所述前置放大装置（3）的伤波程控放大装置（4）、伤波滤波装置（5）、伤波检波装置（6）和伤波A/D转换装置（7），依次连接所述前置放大装置（3）的底波程控放大装置（8）、底波滤波装置（9）、底波检波装置（10）和底波A/D转换装置（11），依次连接所述前置放大装置（3）的界面波程控放大装置（12）、界面波滤波装置（13）、界面波检波装置（14）和界面波A/D转换装置（15），以及连接所述伤波A/D转换装置（7）、所述底波A/D转换装置（11）和所述界面波A/D转换装置（15）的数字信号处理装置（16），所述数字信号处理装置（16）连接人机接口装置（17），该方法包括以下步骤：
制作耦合层厚度与界面波位置/幅值图：即通过改变耦合层厚度，记录不同耦合层厚度的下界面波的多次回波位置和幅值，制作成耦合层厚度—界面波位置图和耦合层厚度—界面波幅值图；
探头不接触工件，分别配置伤波通道和界面波通道增益，伤波通道以仪器能检测出所需的最小检测检测当量为依据，界面通道波增益以没有接触工件时能检出界面波为依据，并记录界面波幅值和位置；
探头接触工件，开始检测；
伤波通道识别判别大于最小检测当量的所有缺陷，记录伤波通道各缺理论陷位置和幅值；
界面波通道记录接触工件后界面波一次波幅值和位置；
计算实际缺陷位置，实际缺陷位置等于理论缺陷位置与一次界面波位置之差，即：实际缺陷位置=理论缺陷位置-界面波位置；
根据实际界面波位置，查询耦合层厚度—界面波位置图和耦合层厚度—界面波幅值图，判断是否可能出现多次界面波及其相应位置和幅值；
比较伤波通道记录的缺陷与上一步中得到多次界面波，剔除由于耦合层变化引起误报的缺陷。
6.根据权利要求5所述的新型数字超声探伤界面波、底波联合修正方法，其特征在于，在所述制作耦合层厚度与界面波位置/幅值图步骤前还包括选择双晶探头装置的步骤。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |