CN111665296A - 基于emat测量超声换能器三维辐射声场的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法及装置。所述方法包括：选取多个不同厚度的试块，确定试块的厚度序列；根据厚度序列，激励被测超声换能器在试块中产生超声波；根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描试块，以接收超声波；根据接收到的超声波，确定被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；根据二维辐射声场分布，确定被测超声换能器的三维辐射声场分布。本发明解决了传统水浸法和光弹法在测量超声换能器辐射声场测量时存在的诸多不足，特别是在测量EMAT辐射声场方面，通过扫描测量不同厚度的试块可以准确的了解超声换能器三维辐射声场在实际被检材料试块内的分布特性。
Description
技术领域
本发明涉及超声无损检测领域，具体涉及测量超声换能器三维辐射声场技术，尤指一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法及装置。
背景技术
在超声无损检测中，如何快速、准确的获取缺陷的为位置与大小，保证检测结果的准确性和可靠性，一直是无损检测中重要的研究内容。传统的超声检测方法是利用压电超声换能器，即利用压电晶体的压电效应激发超声波，这种方式具有激发信号强，检测灵敏度高等优点。但压电超声检测法中的超声波是在压电晶体中激发，其在空气中传播会有严重的能量损失。因而压电超声检测法为了降低超声能量在空气中的损失，需要在压电晶体与待测试块之间涂抹耦合剂以保证声阻匹配，进而使超声能量能够从压电晶体顺利传输至待测试块中。
从以上分析可以看出，超声换能器是实现超声波激励与接收的关键部件，是整个超声检测系统中重要的组成份部分，即压电超声换能器或电磁超声换能器的性能是影响超声无损检测准确性和可靠性的关键之一。进一步，对于超声换能器设计人员而言，希望设计不同辐射声场的换能器以满足不同的现场检测需求；而对于超声换能器使用人员而言，在实际检测中超声换能器的辐射声场是制定检测工艺的重要依据。因此，无论是在超声换能器设计还是使用过程中，为了保证检测准确性和可靠性，均需要准确了解超声换能器所激励超声波的辐射声场分布特性，即需要实际测量出超声换能器的辐射声场。传统的超声换能器声场的测量方法有两种：一水浸法；二是光弹法。
水浸法是将待测压电换能器浸于水中，利用水听器作为接收超声换能器，接收来自被测换能器的超声信号。改变压电超声换能器的倾角与水听器的距离，通过测量不同距离与不同倾角时的超声信号幅值，逐步测量出换能器的声场，由于水中只能传播纵波，不能传播横波，水浸法只能测量压电纵波换能器。但对于电磁超声换能器，检测试块作为其重要的组成部分，超声波只能在金属试块内激励与传播，因此水浸法并不适用于测量EMAT的辐射声场。此外，水的声速和声阻抗与实际检测的金属材料差异较大，水浸法测量的声场与实际检测中换能器在被检试块中传播的声场具有较大的差异，特别是对于EMAT而言，该方法的测量结果并不能准确反映换能器在被检对象中的辐射声场特性。
光弹法是基于动态光弹性法，将压电超声换能器置于透明固体样品上，并在压电超声换能器与样品之间涂抹耦合剂。激励压电超声换能器产生超声波，利用数字CCD相机对辐射声场进行拍摄成像。采用光弹法可以对压电超声横波换能器与纵波换能器进行测量。但对于电磁超声换能器而言，超声波的激励与传播都在金属材料内，而光弹法常用透明的有机玻璃作为超声传播介质，因此光弹法也不适用于对EMAT所激励产生的辐射声场进行测量。且使用光弹法灵敏度偏低，系统受到噪声的影响较大，实验测量系统较为复杂。
发明内容
为了解决传统的超声换能器声场的测量方法存在的问题，本发明实施例提供一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法，所述方法包括：
选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；
根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；
根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；
根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；
根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
可选的，在本发明一实施例中，所述根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波包括：在所述试块断面上预设的扫描区域内，利用电磁超声换能器按照预设的扫描步距及扫描路径，对所述试块进行扫描，以接收所述超声波。
可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述二维辐射声场分布特性，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布包括：将对应于不同厚度试块的所述二维辐射声场分布值，采用插值算法计算声场区的三维空间各点的声场值，从而得到所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的声束及声压与传播距离的关系。
可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：获取在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，以及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号；根据在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，确定影响系数；根据所述影响系数对所述三维辐射声场分布、声束及声压与传播距离的关系进行补偿。
本发明实施例还提供一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的装置，所述装置包括：
试块选取模块，用于选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；
超声波激励模块，用于根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；
超声波扫描模块，用于根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；
二维声场分布模块，用于根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；
三维声场分布模块，用于根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
可选的，在本发明一实施例中，所述超声波扫描模块包括：超声波扫描单元，用于在所述试块断面上预设的扫描区域内，利用电磁超声换能器按照预设的扫描步距及扫描路径，对所述试块进行扫描，以接收所述超声波。
可选的，在本发明一实施例中，所述三维声场分布模块包括：三维声场分布单元，用于将对应于不同厚度试块的所述二维辐射声场分布值，采用插值算法计算声场区的三维空间各点的声场值，从而得到所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括：声束声压模块，用于根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的声束及声压与传播距离的关系。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括：自激自收信号模块，用于获取在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，以及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号；影响系数模块，用于根据在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，确定影响系数；补偿模块，用于根据所述影响系数对所述三维辐射声场分布、声束及声压与传播距离的关系进行补偿。
本发明通过基于EMAT断层扫描解决了传统水浸法和光弹法在测量超声换能器辐射声场测量时存在的诸多不足，特别是在测量EMAT辐射声场方面。通过扫描测量不同厚度的试块可以准确的了解超声换能器三维辐射声场在实际被检材料试块内的分布特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场方法的流程图；
图2为本发明实施例中辐射声场断层扫描原理图；
图3为本发明一具体实施例中辐射声场断层扫描流程图；
图4为本发明实施例中接收信号的补偿系数曲线图；
图5A-图5G为本发明实施例中不同厚度下二维辐射声场分布图；
图6为本发明实施例中辐射声场的三维分布图；
图7为本发明实施例中辐射声场声束宽度图；
图8为本发明实施例中辐射声场轴线声压图；
图9为本发明实施例一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法及装置。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
电磁超声检测技术的核心是电磁超声换能器，换能器主要由三部分组成：磁铁、线圈，以及被检导体或导磁材料。电磁超声换能器的工作原理是：磁铁产生偏置磁场，线圈中通入高频交变电流，并在被检材料表面感生出涡流，在偏置磁场的作用下被检材料表面激发产生出超声波。利用电磁超声换能器(EMAT)实现超声无损检测，具有精度高、不需要耦合剂、非接触、适于高温检测以及容易激发各种超声波形等优点。其中，值得注意的是被检导体或导磁材料是EMAT实现换能不可或缺的组成部分。传统的超声换能器声场的测量方法中的水浸法，由于水中只能传播纵波，不能传播横波，水浸法只能测量压电纵波换能器。但对于电磁超声换能器，检测试块作为其重要的组成部分，超声波只能在金属试块内激励与传播，因此水浸法并不适用于测量EMAT的辐射声场。而且，水的声速和声阻抗与实际检测的金属材料差异较大，水浸法测量的声场与实际检测中换能器在被检试块中传播的声场具有较大的差异，特别是对于EMAT而言，该方法的测量结果并不能准确反映换能器在被检对象中的辐射声场特性。传统的超声换能器声场的测量方法中的光弹法，可以对压电超声横波换能器与纵波换能器进行测量。但对于电磁超声换能器而言，其换能原理与压电超声换能器不同，超声波的激励与传播都在被检金属检测试块内，且电磁超声换能器的声场特性与被检金属的材料特性息息相关。而光弹法常用试块为透明的有机玻璃，一方面电磁超声换能器无法直接在有机玻璃中激励产生超声波；另一方面在有机玻璃中测量到的辐射声场也不能真实反映电磁超声换能器在某种金属材料中的辐射声场特性。因此光弹法不适用于对电磁超声换能器所激励产生的辐射声场进行测量。且使用光弹法灵敏度偏低，系统受到噪声的影响较大，实验测量系统较为复杂。
本发明的通过三维辐射声场断层扫描方法，对超声换能器在金属试块中激励的超声波辐射声场进行扫描测量。如图1所示为本发明实施例一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场方法的流程图，图中所示方法包括：步骤S1，选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；具体的，将厚度不同的试块，按照预设规则，例如按照厚度值从大到小排列，得到试块的厚度序列。
步骤S2，根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；其中，试块为导电或导磁材料。
步骤S3，根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；其中，被测超声换能器是可以激发超声波、表面波、超声导波等应力波的换能器。具体的，被测超声换能器与电磁超声换能器分别设置于试块厚度方向上的两个相对表面上，在被测超声换能器发出超声波后，电磁超声换能器按照预设扫描参数对试块进行扫描，接收超声波。当完成扫描后，更换另一试块，再由被测超声换能器产生超声波，并由电磁超声换能器接收该超声波，直至完成所有不同厚度试块的扫描。
步骤S4，根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；根据接收到的超声波可以得到被测超声换能器的二维辐射声场分布。
步骤S5，根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。具体的，可以对二维辐射声场分布进行叠加，由此得到被测超声换能器的三维辐射声场分布。
作为本发明的一个实施例，所述根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波包括：在所述试块断面上预设的扫描区域内，利用电磁超声换能器按照预设的扫描步距及扫描路径，对所述试块进行扫描，以接收所述超声波。
作为本发明的一个实施例，所述根据所述二维辐射声场分布特性，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布包括：将对应于不同厚度试块的所述二维辐射声场分布值，采用插值算法计算声场区的三维空间各点的声场值，从而得到所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
作为本发明的一个实施例，根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的声束及声压与传播距离的关系。具体的，声束与传播距离的关系可以表示为声束分布曲线，其中，提取各个厚度下辐射声场二维分布图中，声压幅值从最大值处衰减-6db后的直径范围，即得到声束随传播距离的分布曲线。此外，声压与传播距离的关系可以表示为声压分布曲线，其中，提取各个厚度下辐射声场二维分布图中声压的最大值，即绘制出辐射声场声压随传播距离的分布曲线。
在本实施例中，获取在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，以及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号；根据在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，确定影响系数；根据所述影响系数对所述三维辐射声场分布、声束及声压与传播距离的关系进行补偿。
具体的，测量试块材料为非铁磁性材料时，需要考虑电磁超声换能器对被测超声换能器辐射声场的影响，并对测量结果进行补偿。具体的，分别采集电磁超声换能器位于不同位置时被测超声换能器的自激自收信号，即在电磁超声换能器影响下的被测超声换能器的自激自收信号，以及没有电磁超声换能器磁场影响时被测超声换能器的自激自收信号，即未在电磁超声换能器影响下的被测超声换能器的自激自收信号。通过对两种情况下采集的信号进行对比分析，可以得到电磁超声换能器位于不同位置时，对被测超声换能器辐射声场的影响系数，进而得到消除电磁超声换能器对被测超声换能器辐射声场影响的补偿系数。
本发明提出了三维辐射声场断层扫描的测量方法，断层扫描方法：即将检测金属试块在厚度方向上分成不同厚度的试块，在辐射声场近场区域试块厚度分别为L1、L2、L3、L4、L5……，远场区域试块厚度为Y1、Y2、Y3、Y4、Y5……。超声波激励接收方式采用一发一收方式，即通过接收超声换能器对被测超声换能器在不同厚度试块上超声信号进行扫描接收，得到了被测超声换能器在不同深度方向上的辐射声场的二维分布图，将各个厚度辐射声场二维分布叠加，绘制出辐射声场在厚度方向上的变化。通过提取各辐射声场的图像信息，绘制出辐射声场中声束与声压，随传播距离的变化曲线。
在本发明一具体实施例中，断层扫描方法为将检测金属试块在厚度方向上分成不同厚度的试块，在辐射声场近场区域试块厚度分别为L1、L2、L3、L4、L5……,远场区域试块厚度为Y1、Y2、Y3、Y4、Y5……。超声波激励接收方式采用一发一收方式，即通过接收超声换能器对被测超声换能器在不同厚度试块上超声信号进行扫描接收，得到了被测超声换能器在不同深度方向上的辐射声场的二维分布图，将各个厚度辐射声场二维分布叠加，绘制出辐射声场在厚度方向上的变化。通过提取各辐射声场的图像信息，绘制出辐射声场中声束与声压，随传播距离的变化曲线。
如图2为基于EMAT断层扫描测量超声换能器辐射声场的原理图，具体包括：一部分为超声信号的激励与接收，测量时采用一发一收(Pitch-Catch)的方式，即被测超声换能器22和电磁超声换能器(接收EMAT)23分别设置于沿试块21厚度方向两个相对的表面上，比如被测超声换能器与试块下表面接触，接收EMAT则设置于试块上表面。测量时，由信号发生器输出激励信号，经功率放大器放大后输入被测超声换能器，激励产生超声波，并在被检试块中传播，位于试块另一面的电磁超声换能器(EMAT)，用于接收试块表面的超声波，接收到的信号经过信号放大器放大后，由信号采集器采集，被计算机储存并进行后处理。另一部分为机械扫描，利用三坐标机械滑台24或机械手，携带接收EMAT在试块表面的扫描区域25内进行扫描运动，实现试块表面二维辐射声场分布测量，其主要由水平平台与机械位移装置等组成。
断层扫描流程图如图3所示，具体如下：
(1)确定超声检测材料对象。即确定测量超声换能器辐射声场时超声波的传播介质，也就是确定测量时所采用的试块材料。
(2)确定辐射声场测量范围。确定要测试的辐射声场深度，并设置断层扫描的试块厚度序列；
(3)安装被测超声换能器、试块及接收EMAT。依据测试原理图2所示，被测传感器和接收EMAT的设置方式为一发一收式，按照该方式安装被测超声换能器、试块及接收EMAT。
(4)扫描设置。根据辐射声场测量需求，确定在每个断面上的测量范围，即设置每层厚度试块的扫描区域和扫描步距，并规划扫描路径；
(5)二维辐射声场扫描。激励被测超声换能器在试块中产生超声波，按照设定的扫描路径，控制接收EMAT在试块表面对被测超声换能器辐射声场进行扫描。
(6)更换试块重复第(5)步。更换不同厚度的试块，对每个厚度下的试块进行二维辐射声扫描，直到完成所有系列厚度试块扫描。
(7)数据后处理。通过对接收EMAT扫描得到的信号进行后处理，得到被测超声换能器在各厚度下的二维辐射声场分布特性，进而可获得被测超声换能器在整个厚度方向上的三维辐射声场分布。在信号后处理过程中，需要考虑接收EMAT对测量结果的影响，即接收EMAT中永磁体产生的磁场会对被测超声换能器的换能过程产生影响，主要针对被测超声换能器为EMAT的情况，这时需要对测量结果进行补偿，消除接收EMAT带来的影响。
在本发明一具体实施例中，以被测超声换能器为环形线圈EMAT作为实施案例，对其进行辐射声场测量，对本发明进行进一步详细的说明。如图3所示基于EMAT断层扫描测量，具体包含两部分：一部分为被测环形线圈EMAT、信号发生器、功率放大器、不同厚度的试块组成信号超声激励系统与接收EMAT、信号放大器、信号采集器、计算机等组成超声信号接收系统。另一部分为机械扫扫描，由光学水平台、三坐标机械水平滑台组成，三坐标机械水平滑台X、Y、Z轴的行程范围为500×500×500mm。
(1)超声波检测的材料对象为金属材料铝(AL)。
(2)测量环形线圈EMAT。辐射声场测量深度为40mm，设置断层扫描厚度试块序列为4mm、6mm、8mm、10mm、20mm、30mm、40mm。
(3)将接收EMAT安装于三坐标机械水平滑台Z轴，环形线圈EMAT通过夹具安装固定在光学水平上。通过调整将接收EMAT的中心与环形EMAT的中心对正。试块安装于两换能器之间，其下表面与被测环形线圈EMAT接触，上表面与接收EMAT接触。换能器中心与试块上表面的交点作为扫描坐标原点。
(4)考虑换能器辐射声场的扩散性，选取最大深度上的试块(40mm厚)进行B扫描，确定采集区域。在扫描坐标上沿X轴方向进行B扫描，步距为1mm，分析得到环形线圈EMAT辐射声场在中心线上的分布。最终确定每层厚度试块的扫描区域为27mm×27mm，扫描路径采用蛇形扫查，扫描步距为1mm，即在X、Y两个方向上扫描步距均为1mm。
(5)辐射声场断层扫描。控制信号发生器产生一个中心频率为3.5MHz的3个周期汉宁窗调制正弦波作为激励信号，经功率方大器放大后输入环形线圈EMAT，激励其在试块中产生超声波。控制接收EMAT在扫描区域内实现逐点扫描，接收EMAT在每个扫描点处完成试块上表面的超声信号接收，并经过信号放大器放大，由信号采集器采集，传输至计算机进行存储。
(6)更换不同厚度试块，重复第(5)步骤，直到扫描完所有厚度试块。
(7)数据后处理。EMAT中的永磁铁提供一个静态偏置磁场，静态磁场大小会对EMAT的辐射声场产生影响。测试试块为铝材是非铁磁性材料，接收EMAT中永磁铁产生的磁场，会与环形线圈EMAT中的磁场相叠加，进而影响环形线圈EMAT的辐射声场，并且在接收EMAT扫描运动过程中，其位于不同位置的影响系数不同。而对于不同厚度试块，其影响系数也不相同，因此在测量不同厚度试块时，均需要对测量结果进行相应的补偿。
补偿曲线测量：采用B扫描方式，在扫描坐标中沿X轴方向对声场进行扫描，步进为1mm，采集接收超声EMAT位于不同位置时环形线圈EMAT的自激自收信号，取其回波幅值为Ax，并采集与没有接收EMAT磁场影响时环形线圈EMAT的自激自收信号，取其回波幅值为A0。用接收EMAT磁场位于不同位置时的回波幅值Ax除以无磁场时的回波幅值A0，得到接收EMAT磁场不同位置时，对激励信号的影响系数。进而可得到消除接收EMAT对被测EMAT辐射声场影响的补偿系数曲线，如图4所示。利用该补偿系数对测量结果进行修正的原理如下：
其中Ai为补偿修正后的结果，yi为接收EMAT扫描被测试传感器声场的测量值。
(8)如图5A-图5G所示，为用补偿曲线对原始接收到的数据进行补偿，得到修正补偿后的回波幅值，得到图5A-图5G所示的不同厚度下二维辐射声场分布图。其中，图5A为4mm厚AL块下二维辐射声场分布图，图5B为6mm厚AL块下二维辐射声场分布图，图5C为8mm厚AL块下二维辐射声场分布图，图5D为10mm厚AL块下二维辐射声场分布图，图5E为20mm厚AL块下二维辐射声场分布图，图5F为30mm厚AL块下二维辐射声场分布图，图5G为40mm厚AL块下二维辐射声场分布图。
(9)如图6所示，利用三维插值算法，对测量得到的辐射声场进行插值计算，可得到三维辐射声场。
(10)如图7所示，为环形线圈EMAT在厚度方向上所激励的三维辐射声场的声束宽度随着传播距离的变化。
(11)如图8所示，提取各个厚度AL块中扫描区域中心点的信号幅值，来绘制出环形线圈在AL块中所激励出辐射声场的轴线上声压曲线图。
本发明通过基于EMAT断层扫描解决了传统水浸法和光弹法在测量超声换能器辐射声场测量时存在的诸多不足，特别是在测量EMAT辐射声场方面。通过扫描测量不同厚度的试块可以准确的了解超声换能器三维辐射声场在实际被检材料试块内的分布特性，并可通过提取各个厚度试块上的信息，确定出辐射声场中声束与声压随传播距离的变化。
如图9所示为本发明实施例一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场装置的结构示意图，图中所示装置包括：试块选取模块10，用于选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；
超声波激励模块20，用于根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；
超声波扫描模块30，用于根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；
二维声场分布模块40，用于根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；
三维声场分布模块50，用于根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
作为本发明的一个实施例，所述超声波扫描模块包括：超声波扫描单元，用于在所述试块断面上预设的扫描区域内，利用电磁超声换能器按照预设的扫描步距及扫描路径，对所述试块进行扫描，以接收所述超声波。
作为本发明的一个实施例，所述三维声场分布模块包括：三维声场分布单元，用于将对应于不同厚度试块的所述二维辐射声场分布叠加，得到所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
作为本发明的一个实施例，所述装置还包括：声束声压模块，用于根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的声束及声压与传播距离的关系。
在本实施例中，所述装置还包括：自激自收信号模块，用于获取在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，以及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号；影响系数模块，用于根据在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，确定影响系数；补偿模块，用于根据所述影响系数对所述三维辐射声场分布、声束及声压与传播距离的关系进行补偿。
基于与上述一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法相同的申请构思，本发明还提供了上述一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的装置。由于该一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的装置解决问题的原理与一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法相似，因此该一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的装置的实施可以参见一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法的实施，重复之处不再赘述。
本发明通过基于EMAT断层扫描解决了传统水浸法和光弹法在测量超声换能器辐射声场测量时存在的诸多不足，特别是在测量EMAT辐射声场方面。通过扫描测量不同厚度的试块可以准确的了解超声换能器三维辐射声场在实际被检材料试块内的分布特性，并可通过提取各个厚度试块上的信息，确定出辐射声场中声束与声压随传播距离的变化。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比如ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的方法，其特征在于，所述方法包括：
选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；
根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；
根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；
根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；
根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波包括：在所述试块断面上预设的扫描区域内，利用电磁超声换能器按照预设的扫描步距及扫描路径，对所述试块进行扫描，以接收所述超声波。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述二维辐射声场分布特性，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布包括：将对应于不同厚度试块的所述二维辐射声场分布值，采用插值算法计算声场区的三维空间各点的声场值，从而得到所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的声束及声压与传播距离的关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，以及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号；
根据在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，确定影响系数；
根据所述影响系数对所述三维辐射声场分布、声束及声压与传播距离的关系进行补偿。
6.一种基于EMAT测量超声换能器三维辐射声场的装置，其特征在于，所述装置包括：
试块选取模块，用于选取多个不同厚度的试块，确定所述试块的厚度序列；
超声波激励模块，用于根据所述厚度序列，激励被测超声换能器在所述试块中产生超声波；
超声波扫描模块，用于根据预设的扫描参数，利用电磁超声换能器扫描所述试块，以接收所述超声波；
二维声场分布模块，用于根据接收到的所述超声波，确定所述被测超声换能器的对应于不同厚度试块的二维辐射声场分布；
三维声场分布模块，用于根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述超声波扫描模块包括：超声波扫描单元，用于在所述试块断面上预设的扫描区域内，利用电磁超声换能器按照预设的扫描步距及扫描路径，对所述试块进行扫描，以接收所述超声波。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述三维声场分布模块包括：三维声场分布单元，用于将对应于不同厚度试块的所述二维辐射声场分布值，采用插值算法计算声场区的三维空间各点的声场值，从而得到所述被测超声换能器的三维辐射声场分布。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：声束声压模块，用于根据所述二维辐射声场分布，确定所述被测超声换能器的声束及声压与传播距离的关系。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
自激自收信号模块，用于获取在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，以及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号；
影响系数模块，用于根据在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号及未在所述电磁超声换能器影响下的所述被测超声换能器的自激自收信号，确定影响系数；
补偿模块，用于根据所述影响系数对所述三维辐射声场分布、声束及声压与传播距离的关系进行补偿。
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